(57)【要約】【課題】  ＣＩ値の上昇を抑制しつつ小型化が可能な圧電振動片と、このような圧電振動片を利用した圧電デバイスを提供すること。【解決手段】  圧電材料により形成された基部５１と、前記基部と一体に形成され、互いに平行に延びる複数の振動腕３５，３６と前記各振動腕の表裏面にその長さ方向に沿って形成され駆動用電極が設けられた長溝３３，３３−１，３４，３４−１とを備えており、前記各振動腕の表裏面の少なくとも一方の長溝３３−１，３４−１を先端側に延長するとともに、他方の延長されない長溝３３，３４を有する面には、この長溝よりも先端側に周波数調整用の金属被覆部６３が設けられている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料により形成された基部と、
前記基部と一体に形成され、互いに平行に延びる複数の振動腕と、
前記各振動腕の表裏面にその長さ方向に沿って形成され駆動用電極が設けられた長溝と
を備えており、
前記各振動腕の表裏面の少なくとも一方の長溝を先端側に延長するとともに、他方の延長されない長溝を有する面には、この長溝よりも先端側に周波数調整用の金属被覆部が設けられている
ことを特徴とする、圧電振動片。
【請求項２】
前記延長された長溝は、振動腕の先端部に達する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。
【請求項３】
各振動腕の表裏面の各長溝が、各振動腕の先端付近まで僅かな長さを残して同じ長さだけ延長されており、かつ実装面側である裏面には、前記僅かな長さに対応する箇所に周波数調整用の金属被覆部を形成し、長溝両側面の電極の連絡部を前記振動腕の先端を引き回して形成することにより、当該金属被覆部に対応する位置の表面側には、電極の形成を行わない構造としたことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動片。
【請求項４】
各振動腕の表裏面の各長溝が、各振動腕の先端付近まで僅かな長さを残して同じ長さだけ延長されており、かつ表面には、前記僅かな長さに対応する箇所に周波数調整用の金属被覆部を形成し、当該金属被覆部に対応する位置の裏面側には、バランス用の錘となる金属被覆部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動片。
【請求項５】
パッケージまたはケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイスであって、
前記圧電振動片が、
圧電材料により形成された基部と、
前記基部と一体に形成され、互いに平行に延びる複数の振動腕と、
前記各振動腕の表裏面にその長さ方向に沿って形成され駆動用電極が設けられた長溝と
を備えており、
前記各振動腕の表裏面の少なくとも一方の長溝を先端側に延長するとともに、他方の延長されない長溝を有する面には、この長溝よりも先端側に周波数調整用の金属被覆部が設けられている
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、圧電振動片と、パッケージやケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイスの改良に関する。
【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、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器や圧電ジャイロセンサー等において、圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
図９は、圧電デバイスに従来より用いられている圧電振動片の一例を示す概略平面図であり、図１０は図９のＡ−Ａ線切断端面図である。
図において、圧電振動片１は、水晶などの圧電材料をエッチングすることにより、図示する外形を形成するもので、パッケージ（図示せず）等に取付けられる矩形の基部２と、基部２から図において右方に延長された一対の振動腕３，４を備えており、これら振動腕の主面（表裏面）に長溝３ａ，４ａを形成するとともに、必要な駆動用の電極を形成したものである（特許文献１参照）。
【０００３】
この場合、圧電振動片１では、図９に示されているように、駆動用の電極を形成する長溝３ａ，４ａの長さＰｌは、振動腕３，４の全長の半分位しか設けられていない。
これは、表裏面のいずれかにおいて、長溝の無い先端側に金属被覆部を形成して、レーザ光などでこの金属被覆部をトリミングすることで質量削減方式による周波数調整を行うようにしているためである。
かくして、このような圧電振動片１においては、駆動用の電極を介して駆動電圧が印加されると、各振動腕３，４の先端部を近接・離間するようにして、屈曲振動することにより、所定の周波数の信号が取り出されるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２６１５７５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このような圧電振動片１は、これを利用した圧電デバイスが取付けられる上記した種々の製品の小型化にともない、小型に形成することがもとめられており、このため、圧電振動片１もできる限り小型に形成しなければならず、特にその全長ＡＬ１を小さくすることがもとめられる。そして、製品の小型化は不断に進展していることから、圧電振動片１においては、より小型に形成していくことができる構造がもとめられている。
ここで、図示のような音叉型圧電振動片である圧電振動片１の周波数ｆは、振動腕３，４の長さをｌ、腕幅をｗとした場合、ｗ／ｌ２に比例する。
【０００６】
しかしながら、このような圧電振動片１において上述のように小型化を進めると、基本波による振動モードにおけるＣＩ（クリスタルインピーダンス）値が大きくなる性質がある。
したがって、ＣＩ値の上昇を抑制しつつ小型を図る構造が望まれていた。
【０００７】
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、ＣＩ値の上昇を抑制しつつ小型化が可能な圧電振動片と、このような圧電振動片を利用した圧電デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的は、第１の発明にあっては、圧電材料により形成された基部と、前記基部と一体に形成され、互いに平行に延びる複数の振動腕と前記各振動腕の表裏面にその長さ方向に沿って形成され駆動用電極が設けられた長溝とを備えており、前記各振動腕の表裏面の少なくとも一方の長溝を先端側に延長するとともに、他方の延長されない長溝を有する面には、この長溝よりも先端側に周波数調整用の金属被覆部が設けられている、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、基部から互いに平行に延びる振動腕を有する音叉型の振動片における前記振動腕に設けた長溝が、表面または裏面の少なくとも一方において、先端側に延長されることで、電界効率が向上するので、その分ＣＩ値が低くなる。
また、表面または裏面の延長されない長溝を有する面には、振動腕の長溝よりも先端側に比較的大きな余地があるので、ここに周波数調整用の電極を容易に設けることができる。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明の構成において、前記延長された長溝は、振動腕の先端部に達する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、前記長溝を延長する場合において、当該延長される長溝の設けられる振動腕の先端に達するまで延長することで、最も電界効率を向上させて、ＣＩ値の低減をはかることができる。
【００１０】
第３の発明は、第１の発明の構成において、各振動腕の表裏面の各長溝が、各振動腕の先端付近まで僅かな長さを残して同じ長さだけ延長されており、かつ実装面側である裏面には、前記僅かな長さに対応する箇所に周波数調整用の金属被覆部を形成し、長溝両側面の電極の連絡部を前記振動腕の先端を引き回して形成することにより、当該金属被覆部に対応する位置の表面側には、電極の形成を行わない構造としたことを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、各振動腕の表裏面の各長溝が、各振動腕の先端付近まで僅かな長さを残して同じ長さだけ延長されていることにより、振動腕の圧電材料に関して、その長溝が延長された分だけ電界効率を向上させることができる。しかも振動腕の実装面側である裏面には、前記僅かな長さに対応する箇所に周波数調整用の金属被覆部を形成し、長溝両側面の電極の連絡部を前記振動腕の先端を引き回して形成することにより、当該金属被覆部に対応する位置の表面側には、電極の形成を行わない構造としたので、例えばレーザ光を振動腕の表側から入射させる場合に、障害となる電極がなく、裏面側に形成された周波数調整用の金属被覆部に結像させることで、当該金属が蒸散する際にその飛沫は、実装面側に向かうことになる。このため、蒸散した金属が振動片に再付着することが有効に防止される。
【００１１】
第４の発明は、第１の発明の構成において、各振動腕の表裏面の各長溝が、各振動腕の先端付近まで僅かな長さを残して同じ長さだけ延長されており、かつ表面には、前記僅かな長さに対応する箇所に周波数調整用の金属被覆部を形成し、当該金属被覆部に対応する位置の裏面側には、バランス用の錘となる金属被覆部を形成したことを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、各振動腕の表裏面の各長溝が、各振動腕の先端付近まで僅かな長さを残して同じ長さだけ延長されているので、この僅かな長さ部分を除き、電界効率を向上させることができる。しかも振動腕の前記僅かな長さ分の領域を利用して、周波数調整用の金属被覆部を形成できるとともに、その反対面にはバランス用の錘となる金属被覆部を形成しているので、振動腕の厚み方向の中心を通る仮想の中心線に関して、上側と下側の重量配分を等しくすることができ、振動バランスを向上させることができる。
【００１２】
また、上述の目的は、第５の発明にあっては、パッケージまたはケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイスであって、前記圧電振動片が、圧電材料により形成された基部と、前記基部と一体に形成され、互いに平行に延びる複数の振動腕と、前記各振動腕の表裏面にその長さ方向に沿って形成され駆動用電極が設けられた長溝とを備えており、前記各振動腕の表裏面の少なくとも一方の長溝を先端側に延長するとともに、他方の延長されない長溝を有する面には、この長溝よりも先端側に周波数調整用の金属被覆部が設けられている圧電デバイスにより、達成される。
第５の発明の構成によれば、第１の発明で説明したのと同一の原理により、電界効率が向上するので、その分ＣＩ値を低くすることができる圧電デバイスを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１ないし図４は、本発明の圧電デバイスの第１の実施形態を示しており、図１はその概略平面図、図２は図１のＢ−Ｂ線概略断面図、図３は図１の圧電デバイスに使用される圧電振動片の概略表面図および概略裏面図、図４は図１のＣ−Ｃ線切断端面図である。
これらの図において、圧電デバイス３０は、圧電振動子を構成した例を示しており、図１および図２に示すように、パッケージ３７内に圧電振動片３２を収容している。パッケージ３７は、図２に示すように、例えば２枚の絶縁基板を積層して形成されている。この絶縁基板は、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所定の形状とした後で、焼結して形成されている。
【００１４】
パッケージ３７は、図２に示すように、積層する基板の内側の材料を除去することで、内部空間Ｓのスペースを形成している。この内部空間Ｓが圧電振動片３２を収容するための収容空間である。そして、パッケージ３７内側底部に形成した電極部３１，３１の上に、導電性接着剤４３，４３を用いて、圧電振動片３２の基部に設けた引出し電極３３ａ，３４ａの箇所を載置して接合している。なお、電極部３１，３１はパッケージ裏面の実装端子４１，４２と導電スルーホールなどで接続されている。パッケージ３７は、圧電振動片３２を収容した後で、透明なガラス製の蓋体４０が封止材３８を用いて接合されることにより、気密に封止されている。これにより、図２に示すように、蓋体４０を封止した後で、外部からレーザ光ＬＢを照射して圧電振動片３２の金属被覆部（後述）などをトリミングして、周波数調整できるようになっている。
【００１５】
圧電振動片３２は、例えば水晶で形成されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。この圧電振動片３２は、図３に示すように、パッケージ３７側と固定される基部５１と、この基部５１を基端として、図において上に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕３５，３６を備えている。
図３（ａ）は、圧電振動片３２の表面側、すなわち、図２における蓋体４０と対向する面を示しており、図３（ｂ）は圧電振動片３２の裏面側、すなわち、図２における圧電振動片３２の実装面（パッケージ内側底面）と対向する面を示している。
【００１６】
各振動腕３５，３６の主面には、それぞれ長さ方向に延びる長溝３３，３３−１，３４，３４−１を形成し、図４に示すように、この長溝内に駆動用の電極である励振電極６１，６２が設けられている。
具体的には、各振動腕３５，３６の表面側には、図３（ａ）に示すように、従来と同じ長さの長溝３３，３４が形成されている。また、各振動腕３５，３６の裏面側には、図３（ｂ）に示すように、従来よりもｌ１の長さだけ先端側に延長された長溝３３−１，３４−１が形成されている。これらの長溝は、圧電振動片３２の外形を形成するエッチング作業と同時にあるいは、別の工程で、ハーフエッチングすることにより形成することができる。
【００１７】
励振電極６１，６２は、上記した長溝内と、各振動腕３５，３６の側面とに形成され、各振動腕について長溝内の電極と、側面に設けた電極が対となるようにされ、各励振電極６１，６２は、図３に示す引出し電極３３ａ，３４ａにそれぞれ引き回されている。これにより、圧電デバイス３０を実装基板などに実装した場合に、外部からの駆動電圧が、各実装端子４１，４２から、電極部３１，３１を介して圧電振動片３２の各引出し電極３３ａ，３４ａに伝えられ、上記した各励振電極に伝えられるようになっている。
これにより、長溝３３，３４内の励振電極に駆動電圧が印加されることによって、駆動時に、各振動腕の長溝が形成された領域の内部の電界効率を高めることができるようになっている。
【００１８】
ここで、上記各長溝は長い程、振動腕３５，３６を形成する材料について電界効率が向上し、ＣＩ値を低減することができる。このような効果をできるだけ得ようとする場合には、各振動腕３５，３６について、表裏の長溝をそれぞれ長くすることが好ましいが、この実施形態では、図３（ａ）に示すように、表面側の長溝３３，３４は、従来と同じ長さとして、これより先端側には、各励振電極６１，６２が振動腕の左右の側縁の電極を一体に接続する領域を利用して、周波数調整用の金属被覆部６３，６３を形成するようにしている。
この金属被覆部６３，６３は、図２で説明したレーザ光ＬＢ等により蓋体４０ごしにトリミングされることで、質量削減方式により周波数調整に利用される部分である。したがって、金属被覆部６３，６３は、励振電極６１，６２と一体に形成してもよく、これとは別の金属を付着させて形成してもよい。なお、励振電極６１，６２は、水晶の上に下地層としてのクロム（Ｃｒ）を例えば、９００オングストローム程度成膜し、その上に金（Ａｕ）を５００ないし６００オングストローム成膜してスパッタリングなどにより形成されるのに対して、金属被覆部６３，６３は、例えば、同様の金属により１００００オングストローム程度の膜厚に成膜することで形成することができる。
【００１９】
かくして、本実施形態においては、振動腕３５，３６の裏面側の長溝３３−１，３４−１が先端側に延長された分だけ、電界効率が向上するので、その分ＣＩ値を低くすることができる。しかも振動腕３５，３６の表面側には、図３（ａ）に示すように、金属被覆部６３，６３を形成しているので、従来と同様に、蓋体４０を接合後において、周波数調整することができる。
【００２０】
図５は、本実施形態における長溝の長さとＣＩ値比を示すグラフであり、横軸は、音叉型振動片の振動腕の全長が１．４ｍｍである場合において、そこに形成される長溝の長さを示している。長溝が長いほどＣＩ値は低減される。
かくして、本実施形態によれば、ＣＩ値の上昇を抑制しつつ小型化が可能な圧電振動片と、このような圧電振動片を利用した圧電デバイスを提供することができる。
【００２１】
図６は、圧電振動片の第２の実施形態を示す図であり、その裏面側だけを示し、励振電極は図３（ｂ）の場合とほぼ同じであるから、図示省略している。
図７は一方の振動腕３５の先端部を示す概略斜視図である。
これらの図において、第２の実施形態の圧電振動片３２−１は、図示の構成以外は第１の実施形態と同じであるから相異点だけを説明する。
【００２２】
図６に示されているようにこの圧電振動片３２−１では、各振動腕３５，３６の裏面の長溝３３−２，３４−２が、さらに延長され、各振動腕の全長にわたって形成されている。
この場合、各振動腕の側面の電極を接続する電極は、図７に示されているように、例えば振動腕の先端端面３５ａに回り込むようにして接続されている。
かくして、第２の実施形態においては、長溝がさらに延長された分だけ、電界効率は一層向上し、ＣＩ値を一層低減することができる。それ以外の作用効果は第１の実施形態と同じである。
【００２３】
図８は、圧電振動片の第３の実施形態を示す表面図および裏面図である。
図８において、図３と同じ符号を付した箇所は同一の構成であるから、重複した説明は省略し、相異点を中心に説明する。
図８（ａ）に示すように、各振動腕３５，３６の長溝３３，３４より先端の表面側の領域Ａ１，Ａ２には、電極が形成されておらず、水晶などの圧電材料が露出している。
一方、図８（ｂ）に示されているように、各振動腕３５，３６の裏面側において、延長されている長溝３３−１，３４−１よりもさらに先端の領域Ｅ１の箇所には、電極上に周波数調整用の金属被覆部６３−１，６３−１が設けられている。つまり、周波数調整用の金属被覆部６３−１，６３−１は、圧電振動片３２−２の裏面に形成されている。
そして、第２の実施形態において、図７で説明したように振動腕の両側面の電極は先端部で接続されている。
【００２４】
これにより、図２で説明したように、蓋体４０の外部から透過させたレーザ光ＬＢを振動腕３５，３６の表側から入射させれば、図８のＡ１，Ａ２の箇所には、障害となる電極がなく、裏面側に形成された周波数調整用の金属被覆部６３−１，６３−１に結像させることができる。これにより、当該金属が蒸散する際にその飛沫は、図２のパッケージ３７の内側底面である実装面側に向かうことになる。このため、蒸散した金属が圧電振動片３２−２に再付着することが有効に防止される。
これ以外の作用効果は、第１の実施形態と同じである。
【００２５】
次に、図８の構成を参照しながら、これに変更を加えた第４の実施形態について説明する。
この場合には、圧電振動片について、その振動腕３５，３６の表面側の長溝３３，３４も裏面と同様の長さに延長する。そして、表面側の先端部には、裏面のＥ１と同じだけ長溝を設けない領域を形成し、そこに周波数調整用の金属被覆部を図８（ｂ）と同じように形成する。
一方、各振動腕３５，３６の裏面の先端領域Ｅ１には、上記した周波数調整用の金属被覆部と同じ重さになるように、錘となる金属被覆部を形成する。
【００２６】
以上の構成でなる第４の実施形態によれば、各振動腕３５，３６の表裏面の各長溝が、各振動腕の先端付近まで僅かな長さＥ１を残して同じ長さだけ延長されているので、この僅かな長さ部分を除き、各振動腕３５，３６の表裏面にわたって、電界効率を向上させることができる。しかも振動腕のＥ１の領域を利用して、周波数調整用の金属被覆部を形成できるとともに、その反対面にはバランス用の錘となる金属被覆部を形成しているので、振動腕の厚み方向の中心を通る仮想の中心線に関して、上側と下側の重量配分を等しくすることができ、振動バランスを向上させることができる。
【００２７】
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、箱状のパッケージに圧電振動片を収容したものに限らず、シリンダー状の容器に圧電振動片を収容したもの、圧電振動片をジャイロセンサとして機能するようにしたもの、さらには、圧電振動子、圧電発振器等の名称にかかわらず、圧電振動片を利用したあらゆる圧電デバイスに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の圧電デバイスの第１の実施形態を示す概略平面図。
【図２】図１のＢ−Ｂ線概略断面図。
【図３】図１の圧電デバイスに使用される圧電振動片の概略表面図および裏面図。
【図４】図１のＣ−Ｃ線切断端面図。
【図５】図１の圧電デバイスに使用される圧電振動片に関して、その振動腕の全長を１．４ｍｍとした場合における長溝の長さに対応したＣＩ値比を示すグラフ。
【図６】圧電振動片の第２の実施形態の概略裏面図。
【図７】図６の圧電振動片の振動腕の先端部を示す概略斜視図。
【図８】第３の実施形態の圧電振動片の概略表面図および裏面図。
【図９】従来の圧電振動片の一例を示す概略平面図。
【図１０】図９のＡ−Ａ線切断端面図。
【符号の説明】
【００２９】
３０・・・圧電デバイス、３２・・・圧電振動片、３３，３４・・・長溝、３５，３６・・・振動腕、６３・・・金属被覆部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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