(57)【要約】【課題】ＣＩ値の低減と強度確保が可能な双音叉型圧電振動片を提供することを目的とする。【解決手段】双音叉型圧電振動片１０は、２つの音叉型の圧電振動片における振動腕部の開放端側を接続した形状をしており、水晶等の圧電振動片で形成したものである。双音叉型圧電振動片１０は、１対の振動腕部４０、５０の各々に対し、両主面に外溝４１、５１と、内溝４２、５２を設けることで、外側面側の外土手部４３、５３と内側面側の内土手部４４、５４の間に、中土手部４５、５５を形成する。このように、本実施形態によれば、溝の形成により電界は厚さ方向に深く分布し、ＣＩ値を低減することができる。そして、本実施形態では、この溝を外溝と内溝の２本形成し、両溝間に中土手部を形成することで、双音叉型圧電振動片１０の強度を確保することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対の基部と、
前記両基部間に延在し、一方の前記基部から他方の前記基部の間に３箇所の振動領域を有する、１対の振動腕部と、
前記１対の振動腕部の、前記３箇所の各振動領域における、対向する両主面に形成された長手方向の溝と、
前記１対の基部から前記１対の振動腕部にかけて一体的に形成された第１電極と、
前記第１電極とは電気的に切り離された状態で、前記１対の基部から前記１対の振動腕部にかけて一体的に形成され、前記第１電極と共に前記３箇所の振動領域を振動させる第２電極と、を備え、
前記３箇所に形成された溝の少なくとも１箇所は、並行な２本の溝を備えている、
ことを特徴とする双音叉型圧電振動片。
【請求項２】
前記並行な２本の溝は、同一幅に形成され、２本の溝の間に形成される中土手部の長手方向の中心線は、振動腕部の長手方向の中心線と一致する、
ことを特徴とする請求項１に記載の双音叉型圧電振動片。
【請求項３】
前記中土手部の幅をＬ３、溝の幅をＬ２、前記振動腕部の外側側面と溝との間の外土手部の幅をＬ１とした場合に、
Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の双音叉型圧電振動片。
【請求項４】
前記中土手部の幅をＬ３、溝の幅をＬ２、前記振動腕部の外側側面と溝との間の外土手部の幅をＬ１とした場合に、
Ｌ３＞Ｌ１である、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の双音叉型圧電振動片。
【請求項５】
前記並行な２本の溝は、前記３箇所の各振動領域に形成されている、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１の請求項に記載の双音叉型圧電振動片。
【請求項６】
前記３箇所の振動領域のうち、前記１対の基部側の、２箇所の振動領域には１本の溝が形成され、中央の振動領域には２本の溝が形成されている、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１の請求項に記載の双音叉型圧電振動片。
【請求項７】
前記３箇所の振動領域のうち、前記１対の基部側の、２箇所の振動領域のうちの少なくとも１箇所の振動領域には２本の溝が形成され、他の振動領域には１本の溝が形成されている、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１の請求項に記載の双音叉型圧電振動片。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、双音叉型圧電振動片に係り、長手方向に溝が形成された双音叉型圧電振動片に関する。
【背景技術】
【０００２】
双音叉型圧電振動片は、外力による変形を周波数の変化により検出可能な素子として、例えば、ダイヤフラム等の各種機器に使用されている。
この双音叉型圧電振動片は、対向する２つの基部の間に１対の並行な振動腕部が配設され、振動腕部には、３箇所の振動領域にそれぞれ異なる２系統の励振電極が形成されている（特許文献１）。
【０００３】
図６は、特許文献１で提案されている双音叉型圧電振動片の両振動腕部の断面を表したものである。
この特許文献１記載技術では、図６に示すように、振動腕部４００、５００の両主面に長手方向の溝４１０、５１０を設けることで断面形状Ｈ型に形成している。
このように、断面形状をＨ型とし主面側の励振電極を溝内部に形成することで、電界が深くまで分布し、これにより電界効率が向上しＣＩ値（クリスタル・インピーダンス）を低減することができ、小型化に適している。
【０００４】
しかし、双音叉型圧電振動片は、引っ張りや圧縮応力に対しての周波数変化を検出するため、振動腕部には本来の振動だけでなく、外からの応力も加わることになる。
このため、振動腕部の断面形状をＨ型にした特許文献１記載技術では、振動腕部の強度が低下し、振動や外からの応力により折れてしまう可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−４２２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、ＣＩ値の低減と強度確保が可能な双音叉型圧電振動片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】
【０００７】
（１）請求項１に記載の発明では、１対の基部と、前記両基部間に延在し、一方の前記基部から他方の前記基部の間に３箇所の振動領域を有する、１対の振動腕部と、前記１対の振動腕部の、前記３箇所の各振動領域における、対向する両主面に形成された長手方向の溝と、前記１対の基部から前記１対の振動腕部にかけて一体的に形成された第１電極と、前記第１電極とは電気的に切り離された状態で、前記１対の基部から前記１対の振動腕部にかけて一体的に形成され、前記第１電極と共に前記３箇所の振動領域を振動させる第２電極と、を備え、前記３箇所に形成された溝の少なくとも１箇所は、並行な２本の溝を備えている、ことを特徴とする双音叉型圧電振動片を提供する。
（２）請求項２に記載の発明では、前記並行な２本の溝は、同一幅に形成され、２本の溝の間に形成される中土手部の長手方向の中心線は、振動腕部の長手方向の中心線と一致する、ことを特徴とする請求項１に記載の双音叉型圧電振動片を提供する。
（３）請求項３に記載の発明では、前記中土手部の幅をＬ３、溝の幅をＬ２、前記振動腕部の外側側面と溝との間の外土手部の幅をＬ１とした場合に、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の双音叉型圧電振動片を提供する。
（４）請求項４に記載の発明では、前記中土手部の幅をＬ３、溝の幅をＬ２、前記振動腕部の外側側面と溝との間の外土手部の幅をＬ１とした場合に、Ｌ３＞Ｌ１である、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の双音叉型圧電振動片を提供する。
（５）請求項５に記載の発明では、前記並行な２本の溝は、前記３箇所の各振動領域に形成されている、ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１の請求項に記載の双音叉型圧電振動片を提供する。
（６）請求項６に記載の発明では、前記３箇所の振動領域のうち、前記１対の基部側の、２箇所の振動領域には１本の溝が形成され、中央の振動領域には２本の溝が形成されている、ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１の請求項に記載の双音叉型圧電振動片を提供する。
（７）請求項７に記載の発明では、前記３箇所の振動領域のうち、前記１対の基部側の、２箇所の振動領域のうちの少なくとも１箇所の振動領域には２本の溝が形成され、他の振動領域には１本の溝が形成されている、ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１の請求項に記載の双音叉型圧電振動片を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、振動腕部における３箇所の各振動領域に形成される長手方向の溝のうち、少なくとも１箇所は並行な２本の溝を備え、両溝間に中土手部が形成されるので、ＣＩ値の低減と強度確保が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】双音叉型圧電振動片の外観斜視状態と断面を表した図である。
【図２】双音叉型圧電振動片に形成した電極配置を表した説明図である。
【図３】双音叉型圧電振動片における各振動領域における断面図である。
【図４】双音叉型圧電振動片の変形例についての説明図である。
【図５】双音叉型圧電振動片の他の変形例についての説明図である。
【図６】従来の双音叉型圧電振動片における振動領域の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の双音叉型圧電振動片における好適な実施形態について、図１から図５を参照して詳細に説明する。
（１）実施形態の概要
本実施形態の双音叉型圧電振動片１０は、２つの音叉型の圧電振動片における振動腕部の開放端側を接続した形状をしており、水晶等の圧電振動片で形成したものである。
双音叉型圧電振動片１０は、１対の振動腕部４０、５０の各々に対し、両主面に外溝４１、５１と、内溝４２、５２を設けることで、外側面側の外土手部４３、５３と内側面側の内土手部４４、５４の間に、中土手部４５、５５を形成する。
このように、本実施形態によれば、溝の形成により電界は厚さ方向に深く分布し、ＣＩ値を低減することができる。
そして、本実施形態では、この溝として外溝と内溝の２本を形成し、両溝間に中土手部を形成することで、双音叉型圧電振動片１０の強度を確保することができる。
【００１１】
（２）実施形態の詳細
図１は、双音叉型圧電振動片１０の外観形状を表した斜視図（ａ）と、ＡＡ断面図（ｂ）である。なお、図１において、表面に形成される電極は後述することとし、図面が複雑化することを避けるために省略してある。
図１に示すように、本実施形態の双音叉型圧電振動片１０は、水晶で形成され、対向する２つの基部２０、３０と、両基部２０、３０と連接された１対の振動腕部４０、５０を備えている。
振動腕部４０、５０は、基部２０側から基部３０方向に、振動領域６０ａ、振動領域６０ｂ、振動領域６０ｃからなる３箇所の振動領域が形成されている。
なお、以下の説明では、３箇所の振動領域の１つを特定して説明する場合には、振動領域６０ａ、振動領域６０ｂ、振動領域６０ｃというように符号にａ〜ｃを付けて説明し、各振動領域に共通する内容については、各振動領域６０というように符号ａ〜ｃを省略して説明することとする。また、振動領域６０に形成される各部についても同様に、例えば、各振動領域６０ａ〜６０ｃに対応して個別に表す場合には外溝４１ａ〜ｃとし、共通する内容については各外溝４１と表すこととする。
【００１２】
振動腕部４０、５０の対向する両主面には、各振動領域６０に、同一幅、同一長さの外溝４１、５１と内溝４２、５２が形成されている。
これにより図１（ｂ）に示すように、振動腕部４０、５０の外側側面と外溝４１、５１との間に外土手部４３、５３が形成され、内側側面と内溝４２、５２との間に内土手部４４、５４が形成されている。
更に、外溝４１、５１と内溝４２、５２との間に、中土手部４５、５５が形成されている。
なお、外溝４１、５１と内溝４２、５２は、振動腕部４０、５０の軸方向の中心線と直交する方向に中心線から等間隔に形成され、これにより中土手部４５、５５は中心線上に形成されている。
【００１３】
ここで、各土手部と溝の幅について説明する。なお、図１（ｂ）に示すように、振動腕部４０と振動腕部５０の断面形状は同じであり、外土手部４３と内土手部４４の幅、外溝４１と内溝４２の幅は同じである。
いま、図１（ｂ）に示すように、  外土手部４３の幅をＬ１、外溝４１の幅をＬ２、中土手部４５の幅をＬ３として説明する。
本実施形態では、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３となるように形成されている。
これに対し、Ｌ３＞Ｌ１とすることで、より強度を高めることが可能になる。この場合、実施形態に比べて、溝幅Ｌ２を狭くすることでＬ３＞Ｌ１＞Ｌ２としてもよく、外土手部と内土手部を狭くすることでＬ３＞Ｌ２＞Ｌ１としてもよい。溝幅Ｌ２と外土手部、内土手部の両者を狭くすることでＬ３＞Ｌ２≧Ｌ１としてもよい。
但し、外土手部４３、５３、内土手部４４、５４の最低幅として、後述するように、主面において励振電極９１と励振電極９２を残して両者を分割する最低の幅以上の幅が必要である。
また、溝幅Ｌ３の最低の溝幅は、加工可能な幅であり、かつ、溝内に励振電極９１、９２を形成可能な幅以上の幅が必要である。第１電極９１、第２電極９２は、例えば電極スパッタで電極膜が形成される。なお、溝全体が電極で埋まった状態であってもよい。
【００１４】
なお本実施形態では、中土手部４５、５５の上面が、外土手部４３、５３、内土手部４４、５４の上面と同一平面（主面）に形成されているが、中土手部４５、５５を主面よりも低く形成してもよい。
【００１５】
次に、双音叉型圧電振動片１０に形成される電極について説明する。
図２は、第１電極９１と第２電極９２の配設状態を表した双音叉型圧電振動片１０の斜視図である。なお、この図２では、配線状態を明確にするために、外溝４１、５１と内溝４２、５２の表示は省略している。
図３は、双音叉型圧電振動片１０の長手方向と直交する面における断面図で、（ａ）は図２におけるＡＡ断面を、（ｂ）はＢＢ断面を表している。なお、図２におけるＣＣ断面はＡＡ断面と同様なので省略している。
【００１６】
図２に示すように、双音叉型圧電振動片１０の基部２０、３０と振動腕部４０、５０の外表面上（外周面）には、１対（２系統の）の第１電極９１と第２電極９２が形成されている。
第１電極９１、第２電極９２は、電圧が印加されたことで、振動腕部４０、５０を振動領域６０ａ、振動領域６０ｂ、振動領域６０ｃ毎に、近接又は離間する方向に所定周波数で振動させるための電極である。
第１電極９１と第２電極９２のそれぞれは全体として一体的に（電気的に）繋がった状態で、第１電極９１と第２電極９２とは電気的に切り離された状態で、振動腕部４０、５０上にパターニングされて形成されている。
【００１７】
第１電極９１と第２電極９２は、それぞれ、基部２０に形成されるマウント電極９１ｍ、９２ｍ、振動腕部４０、５０の３領域に形成される励振電極９１、９２、及び、各電極間を接続する接続電極９１、９２から構成されている。
マウント電極９１ｍとマウント電極９２ｍは、双音叉型圧電振動片１０を設置する際に、２系統の外部電極の各々と接続される電極で、基部２０の一方の主面に形成されている。
【００１８】
励振電極９１と励振電極９２は、振動腕部４０に対しては、一方が両主面に対向配置され、他方が両側面（外側面と内側面）に対向配置されることで振動腕部４０を振動させ、振動腕部５０に対しては、一方が両側面に対向配置され、他方が両主面に対向配置されることで振動腕部５０を振動させる。
励振電極９１、９２は、長手方向の長さは、少なくとも外溝４１、５１、内溝４２、５２の全域以上の長さに形成されている。
振動腕部４０、５０の両主面に形成される励振電極９１、励振電極９２は、図３に示すように、外溝４１と内溝４２の溝内（溝側面と溝底面）にも形成されている。
一方、振動腕部５０の両側面に形成される励振電極９１は、振動腕部５０の側面に加えて、外土手部４３、５３の主面にも形成されている。これは、励振電極９１と励振電極９２とを主面上で分割することで、電界分布に寄与する電極面積を増やすためである。
【００１９】
各振動領域における具体的な配置は次の通りである。
すなわち、図２に示すように、第１電極９１は、マウント電極９１ｍ、接続電極９１ｍａ、励振電極９１ａ、接続電極９１ａｂ、励振電極９１ｂ、接続電極９１ｂｃ、励振電極９１ｃ、接続電極９１ｃｃを備えている。
第２電極９２は、マウント電極９２ｍ、接続電極９２ｍａ、励振電極９２ａ、接続電極９２ａｂ、励振電極９２ｂ、接続電極９２ｂｃ、励振電極９２ｃ、接続電極９２ｃｃを備えている。
【００２０】
そして、振動領域６０ａでは、図２、図３（ａ）に示すように、振動腕部４０の両主面に励振電極９１ａ、両側面に励振電極９２ａがそれぞれ対向配置され、振動腕部５０の両主面に励振電極９２ａ、両側面に励振電極９１ａがそれぞれ対向配置されている。
振動領域６０ｂでは、図２、図３（ｂ）に示すように、振動腕部４０の両主面に励振電極９２ｂ、両側面に励振電極９１ｂがそれぞれ対向配置され、振動腕部５０の両主面に励振電極９１ｂ、両側面に励振電極９２ｂがそれぞれ対向配置されている。
また励振領域６０ｃでは、図２に示すように、振動腕部４０の両主面に励振電極９１ｃ、両側面に励振電極９２ｃがそれぞれ対向配置され、振動腕部５０の両主面に励振電極９２ｃ、両側面に励振電極９１ｃがそれぞれ対向配置されている。
【００２１】
一方、図２に示すように、基部２０、３０と、振動腕部４０、５０において、各接続電極９１、９２は次のように接続されている。
すなわち、接続電極９１ｍａは、マウント電極９１ｍと励振電極９１ａを接続し、接続電極９２ｍａはマウント電極９２ｍと励振電極９２ａとを接続している。接続電極９１ａｂは、励振電極９１ａと励振電極９１ｂとを接続し、接続電極９２ａｂは、励振電極９２ａと励振電極９２ｂとを接続している。接続電極９１ｂｃは、励振電極９１ｂと励振電極９１ｃとを接続し、接続電極９２ｂｃは、励振電極９２ｂと励振電極９２ｃとを接続している。
接続電極９１ｃｃは、振動腕部４０の励振電極９１ｃと振動腕部５０の励振電極９１ｃとを接続し、接続電極９２ｃｃは、振動腕部４０の励振電極９２ｃと振動腕部５０の励振電極９２ｃとを接続している。
【００２２】
本実施形態の第１電極９１、第２電極９２は、水晶の表面に形成したクロム層と、その上に形成した金層の２層の金属層で形成されている。
第１電極９１、第２電極９２は、水晶板を加工して双音叉型圧電振動片の外形形状及び外溝、内溝を形成した水晶の表面に、金属スパッタによりクロム層と金属層を形成し、露光用のマスクパターンを使用したフォトリソグラフィー工程（レジスト膜塗布、マスクパターンによる露光・現像、メタルエッチング、レジスト膜剥離の各工程）により、第１電極９１と第２電極９２との分割と回路パターンを形成する。
【００２３】
なお、第１電極９１、第２電極９２の構成材料としては、実質的に導電性を有していれば特に限定されず、例えば、金、銀、銅、クロム、アルミニウム、又はこれらを含む合金等の金属材料、カーボンブラック等の炭素系材料、電子導電性高分子材料、イオン導電性高分子材料、導電性酸化物材料等の各種導電性材料が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００２４】
以上説明したように、本実施形態の双音叉型圧電振動片１０によれば、振動腕部４０、５０における３箇所の振動領域６０ａ、振動領域６０ｂ、振動領域６０ｃにおいて、長手方向の溝を１本ではなく、それぞれ外溝４１ａ〜ｃ、５１ａ〜ｃと内溝４２ａ〜ｃ、５２ａ〜ｃの各２本ずつ形成し、両溝の間に中土手部４５ａ〜ｃ、５５ａ〜ｃを形成している。
そして、中土手部４５ａ〜ｃ、５５ａ〜ｃを長手方向に形成することで、振動腕部の強度を向上させることができる。
また、後述するように、外溝４１ａ〜ｃ、５１ａ〜ｃと内溝４２ａ〜ｃ、５２ａ〜ｃの内面にも励振電極が形成されることで、電界効率を向上（ＣＩ値を低減）させることができる。
【００２５】
次に、本実施形態の変形例について説明する。
説明した実施形態では、２本の溝と中土手部を、振動領域６０ａ〜ｃの３箇所に形成する場合について説明したが、次に説明する変形例では、２箇所以下に形成するものである。
図４は、変形例における双音叉型圧電振動片の外観形状を表した斜視図である。
図４（ａ）に示した第１変形例では、振動腕部４０、５０に対し、基部２０側の振動領域６０ａと振動領域６０ｂに２本の溝を形成し、基部３０側の振動領域６０ｃに１本の溝を形成したものである。
この第１変形例では、例えば双音叉型圧電振動片１０をダイヤフラムに使用する場合のように、マウント電極９１ｍ、９２ｍ（図２参照）側が形成されている基部２０側が固定され、基部３０側が開放されている場合に、特に有効である。すなわち、開放端側での応力は固定端側よりも小さいことから、開放端側の振動領域６０ｃにおける溝を１本にしている。
【００２６】
そして、図４（ｂ）に示した第２変形例では、振動腕部４０、５０に対し、基部２０に最も近い振動領域６０ａだけ２本溝とし、中央の振動領域６０ｂと基部３０側の振動領域６０ｃを１本溝としている。
この第２変形例では、第１変形例と同様に、基部２０側が固定端、基部３０側が開放端である場合に、最も応力がかかる振動領域６０ａを２本溝にした例である。
【００２７】
図５は、他の変形例における双音叉型圧電振動片の外観形状を表した斜視図である。
図５（ｃ）に示した第３変形例では、振動腕部４０、５０に対し、基部２０側の振動領域６０ａと基部３０側の振動領域６０ｃに２本の溝を形成し、中央の振動領域６０ｂに１本の溝を形成したものである。
この第３変形例では、基部２０、基部３０の両方とも固定されている場合に、特に有効である。すなわち、基部２０、３０の両端側が固定されている場合には、中央部に最も大きな応力がかかる場合が多いことから、中央部の振動領域６０ｂにおける溝を１本としている。
【００２８】
図５（ｄ）に示した第４変形例では、振動腕部４０、５０に対し、第３変形例とは逆に、振動腕部４０、５０に対し、基部２０側の振動領域６０ａと基部３０側の振動領域６０ｃに１本の溝を形成し、中央の振動領域６０ｂに２本の溝を形成したものである。
この第４変形例では、双音叉型圧電振動片１０、基部２０と基部３０の一方又は双方が固定される場合で、その固定方法や配置状態に起因して基部２０、３０側の振動領域６０ａと振動領域６０ｃに応力がかかる場合に有効である。
【００２９】
以上説明した第１〜第４変形例では、他よりも応力がかかる振動領域６０に２本溝を形成するものである。そのため、各変形例の場合においては、応力がかる振動領域６０については、図１（ｂ）で説明した外土手部の幅Ｌ１、中土手部の幅Ｌ３に対して、Ｌ１≦Ｌ３であることが好ましい。
【００３０】
以上説明した実施形態及び各変形例では、基部２０だけにマウント電極９１ｍ、９２ｍを設ける場合について説明したが、基部２０と基部３０の両方にマウント電極９１ｍ、９２ｍを配設するようにしてもよい。
このように両基部２０、３０にマウント電極９１ｍ、９２ｍを配設することで、双音叉型圧電振動片１０をマウントする際に配設の向き（長手方向）を確認する制約がなくなる。
また、両基部２０、３０のうちの一方側で固定し、他方側を開放端とする場合にも、向きの制約がないので、容易にマウントし易くなる。特に、図５（ｄ）で説明した第４変形例の場合には、基部２０、３０側の振動領域６０ａ、６０ｃに２本溝を形成しているので、いずれの向きにマウントした場合であっても、固定部側の強い応力に対しても耐性を得ることができる。
【符号の説明】
【００３１】
１０  双音叉型圧電振動片
２０、３０  基部
４０、５０  振動腕部
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ  外溝
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ  内溝
４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、５３ａ、５３ｂ、５３ｃ  外土手部
４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、５４ａ、５４ｂ、５４ｃ  中土手部
４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、５５ａ、５５ｂ、５５ｃ  中土手部
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ  振動領域６０ａ
９１  第１電極
９１ｍ  マウント電極
９１ａ、９１ｂ、９１ｃ  励振電極
９１ｍａ、９１ａｂ、９１ｂｃ、９１ｃｃ  接続電極
９２  第２電極
９２ｍ  マウント電極
９２ａ、９２ｂ、９２ｃ  励振電極
９２ｍａ、９２ａｂ、９２ｂｃ、９２ｃｃ  接続電極
【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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