(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両面にそれぞれ形成された厚肉状の励振部と、この励振部の外縁に沿って一体に形成された薄肉状のベース部と、前記励振部に形成された励振電極とを有し、
前記励振部が平面視で矩形状に形成され、この励振部の外縁の四辺が外側に向けて張り出した曲面形状に形成され、各辺の両端が振動の節に設定されていることを特徴とする圧電振動片。
【請求項２】
前記励振部に形成された励振電極は、その外縁形状が前記励振部の外縁に沿って設けられている請求項１に記載の圧電振動片。
【請求項３】
前記ベース部は、前記励振部と同一の厚みで一体に形成されたリード部を有し、このリード部に前記励振電極から引き出されたリード電極が前記励振電極と同一高さに形成されている請求項１に記載の圧電振動片。
【請求項４】
前記励振部を挟んで前記リード部が延びる方向とは反対側に励振部から延びるＴ字形状の突出部を有し、この突出部が前記励振部と同一の厚みで形成されている請求項３に記載の圧電振動片。
【請求項５】
前記ベース部が平面視で矩形状に形成され、四隅が面取りされている請求項１又は３に記載の圧電振動片。
【請求項６】
両面にそれぞれ形成された厚肉状の励振部と、この励振部の外縁に沿って一体に形成された薄肉状のベース部と、前記励振部に形成された励振電極とを有し、
前記励振部が外側に向けて張り出した曲面形状の外縁部を含み、
前記ベース部は、前記励振部と同一の厚みで一体に形成されたリード部を有し、前記励振部を挟んで前記リード部が延びる方向とは反対側に励振部から延びるＴ字形状の突出部を有し、この突出部が前記励振部と同一の厚みで形成されていることを特徴とする圧電振動片。
【請求項７】
前記リード部に前記励振電極から引き出されたリード電極が前記励振電極と同一高さに形成されている請求項６に記載の圧電振動片。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メサ型構造の圧電振動片及び圧電振動子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、メサ型構造の圧電振動片は、板状の圧電材料をエッチング等することによって、薄肉状のベース部と、このベース部上に隆起する厚肉状の励振部とを有して形成されている。前記励振部の表面には、略全面に励振電極が形成され、この励振電極の一端から引き出された電極が前記ベース部の一端に設けられている端子部に電気的に接続される（特許文献１）。
【０００３】
上記構造の圧電振動片にあっては、前記励振部に設けられる励振電極によって、目的とする周波数を得るための主振動を励振するようにしているが、この主振動以外に前記目的とする周波数とは異なった周波数を発振する不要振動も励振する場合もある。この不要振動は、前記圧電振動片の外形サイズ、特に、前記励振電極が形成される励振部の幅サイズが要因となっており、この幅サイズがベース部の外周部に近接するほど影響が多くなることが知られている。このため、前記励振部をベース部の外周部から所定距離内側に形成する必要があった。これに関して、特許文献２，３では、前記励振部の外周形状の一部を屈曲させたり、角部を面取形成したりするなどしてベース部の外周部から距離を置いた内側に形成する例が開示されている。
【０００４】
前記厚肉状に形成されている部分は主に励振部であり、この励振部に形成されている励振電極から端子部に向けて引き出される電極は前記ベース部上に直接パターン形成されている。
【０００５】
近年、圧電振動子や圧電端発振器にあっては、基本となる圧電振動片における振動効率の向上及び等価直列抵抗の低減化を図りつつ、いかに小型化するかが課題となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１２３９９０号公報
【特許文献２】特許第５４１３４８６号
【特許文献３】特開２００７−２０８７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１０は従来の一般的なメサ型の圧電振動片２とこの圧電振動片２を搭載した圧電振動子１の平面構造を示したものである。前記圧電振動片２は、矩形状の薄肉部（ベース部）３の表裏面に矩形状の厚肉部（励振部）４が形成され、この励振部４の略全面に励振電極５が設けられている。また、前記ベース部３上の端部には、一対の端子電極７が形成され、この端子電極７と対応する前記励振電極５の一端とをリード電極６を介して電気的に接続されている。
【０００８】
前記圧電振動片２にあっては、励振電極５を矩形状の励振部４の外形形状に合わせて形成した場合、前記励振電極５の外縁部５ａが励振部４の外縁部４ａと平面形状に並行する形となり、圧電振動片２の外側からの電気的影響を受けやすくなるといった問題があった。このため、前記励振部４の外縁部４ａの位置を圧電振動片２の外縁部２ａから所定間隔離間させる必要があり、前記ベース部３の表面積に対して励振部４の表面積を大きく確保できないことから、振動効率の低下及び等価直列抵抗の上昇といった問題が生じていた。
【０００９】
また、前記圧電振動片２の形状及びサイズに関しては、圧電振動子１の外形を形成するパッケージ１ａによって制限されており、このパッケージ１ａがＲ面又はＣ面からなるコーナ部１ｂを有して形成されている場合、前記圧電振動片２を搭載するスペースがさらに制限されるものとなっていた。
【００１０】
図１０に従来の圧電振動子１の設計例を示す。この例による圧電振動子１は、パッケージ１ａの外形サイズ（Ｌ１１×Ｗ１１）が１．２×１．０ｍｍ、圧電振動片２が収容可能な内部スペース（Ｌ１２×Ｗ１２）が０．９５×０．７５ｍｍとなっている。ただし、前記パッケージ１ａがＲ面又はＣ面からなるコーナ部１ｂを有しているため、前記圧電振動片２の幅（Ｗ２１）を０．６０ｍｍ以上にすると接触するおそれがある。このため、実際には０．５５ｍｍ程度までに制限する必要があった。
【００１１】
また、前記励振部４については、前述したように、圧電振動片２の外縁部２ａから所定の距離を置いて形成する必要があり、長さ（Ｌ２１）が０．８ｍｍ、幅（Ｗ２１）が０．６ｍｍの圧電振動片２の場合、特に幅（Ｗ２１）に対しては、励振部４の外縁部４ａと圧電振動片２の外縁部２ａとの距離（Ｗ２３）を０．０３ｍｍ以上に確保する必要があった。これによって、励振電極５の形成領域はさらに狭まり、励振部４の外縁部４ａよりさらに０．０２ｍｍ程度内側寄りに形成する必要があった。その結果、励振電極５の幅は０．５ｍｍが上限となり、圧電振動片２の幅（Ｗ２１）に対して８３％程度を活用しているに過ぎないものとなっていた。
【００１２】
一方、端子電極７及びリード電極６に関しては、前記励振部４からベース部３に至る段差に沿って形成されているので、この段差が水晶結晶のエッチング方向性から見てエッジとなる。このため、前記励振電極５の厚みを当初から厚くして形成しておかないと、前記エッジに当たる部分の励振電極５が薄くなってしまうといった問題があった。さらに、前記励振電極５の厚みによって周波数微調整を行う際、前記エッジ部分にイオンビームが集中することでエッジが優先的に減少していき、その結果、電極抵抗及び等価直列抵抗の上昇を引き起こす一因となっていた。なお、特許文献１に開示されているように、エッジが生じないように前記励振部４及び端子電極７を形成することも可能であるが、この形成方法では励振部４における励振電極５の形成面が狭まるため、これによって等価直列抵抗が上昇するといった問題があった。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、励振部の外周部が曲面形状の外縁部を有して圧電振動片の外縁部近辺まで拡張させることで、励振電極の有効面積を増加させ、振動効率の向上及び等価直列抵抗の低減を図ることができる圧電振動片を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の圧電振動片は、両面にそれぞれ形成された厚肉状の励振部と、この励振部の外縁に沿って一体に形成された薄肉状のベース部と、前記励振部に形成された励振電極とを有し、前記励振部が平面視で矩形状に形成され、この励振部の外縁の四辺が外側に向けて張り出した曲面形状に形成され、各辺の両端が振動の節に設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の圧電振動片によれば、励振部の外縁部の一部が圧電振動片の外縁部に近づくように曲面形成されているため、圧電振動片の外部からの電気的影響を最小限に抑えつつ前記励振部上に形成される励振電極の有効面積を増加させることができる。これによって、前記圧電振動片を小型化した場合であっても、前記励振部における振動効率の向上及び等価直列抵抗の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の圧電振動片の斜視図である。
【図２】上記圧電振動片の平面図である。
【図３】上記圧電振動片の断面図である。
【図４】上記圧電振動片の各部のサイズを示す平面図である。
【図５】圧電振動片及び励振部のそれぞれの外縁部の離間距離と等価直列抵抗値との関係を示すグラフである。
【図６】励振電極の形成面積と等価直列抵抗値との関係を示すグラフである。
【図７】リード部の幅と等価直列抵抗値との関係を示すグラフである。
【図８】上記圧電振動片を搭載してなる圧電振動子の斜視図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図９】上記圧電振動子の平面図である。
【図１０】従来の圧電振動片及びこの圧電振動片を搭載してなる圧電振動子の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の圧電振動片及び圧電振動子の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１乃至図３に示すように、本発明の圧電振動片１１は、ＡＴカットの水晶板によって矩形状に形成されている。この圧電振動片１１は、所定のカット角によって薄板状に切り出された水晶原板からエッチング等によって、厚肉状のメサ部１３と、このメサ部１３の周辺に広がる薄肉状のベース部１２が設けられている。前記メサ部１３は、励振部１４、リード部１６、端子部１８及び突出部２３からなっている。
【００１８】
図２は前記圧電振動片１１の表面側の平面構成を示したものである。前記圧電振動片１１は、図８及び図９に示すように、セラミックやプラスチック等のパッケージ内に収容可能な平面サイズによって形成され、前記パッケージのＲ面又はＣ面からなるコーナ部の面取形状に合わせて、ベース部１２の四隅もＲ面又はＣ面による面取部２１が設けられる。なお、前記圧電振動片１１の裏面側の構成については、前記表面側の構成とミラー対称となっているので、説明は省略する。
【００１９】
このような面取部２１をベース部１２の四隅に形成することで、前記パッケージのＲ面又はＣ面からなるコーナ部を避けるようにして前記圧電振動片１１を搭載することができる。これによって、前記圧電振動片１１の縦横サイズをパッケージ内の有効な収容スペースに合わせて広く形成することができ、励振部１４の形成領域をより拡張させることが可能となる。その結果、前記励振部１４に形成される励振電極１５の形成エリアを拡大することができるため、前記圧電振動片１１の等価直列抵抗を大幅に低減させることが可能となった。
【００２０】
例えば、図９に示したように、圧電振動片１１の収容スペース（Ｌ１１×Ｗ１１）が０．９５×０．７５ｍｍであるパッケージ３２の場合、面取部が設けられていない圧電振動片を搭載しようとすると、幅が０．５５ｍｍ程度までのものにしか対応できない。しかしながら、Ｃ面（Ｃ０．０５ｍｍ）からなる前記面取部２１を設けることで、圧電振動片１１の幅（Ｗ２１）に関しては０．０５ｍｍ程度拡張することができる。これによって、前記励振部１４及び励振電極１５の面積が７％程度拡大し、等価直列抵抗の低減効果が得られることになる。
【００２１】
図１乃至図３に示したように、前記メサ部１３は、ベース部１２の表面から所定厚みの段差を有して形成されており、このベース部１２の上辺及び左右側辺に近接するように広がる励振部１４と、ベース部１２の一端に設けられる端子部１８と、この端子部１８と前記励振部１４の一端とを結ぶリード部１６と、前記励振部１４の前記リード部１６が延びる方向と反対側にＴ字状に延びる突出部２３とを有して形成されている。
【００２２】
図４に示すように、前記励振部１４は、圧電振動片１１の外縁部１１ａの上辺及び左右側辺からの距離（Ｗ２３）が０．０３ｍｍの位置に設定された４か所の頂点を基点として、４方向に対して曲面形状に突出する外縁部１４ａを有して形成されている。この励振部１４の外縁部１４ａと前記圧電振動片１１の外縁部１１ａとが最も近接する距離（Ｗ２４）は０．０２ｍｍとすることができる。このようにして形成された前記励振部１４の表面積は、前記４か所の頂点を直線状に結ぶ平面形状の外縁部（仮想線Ｂ）で形成される表面積に比べて約５％拡張されたものとなっている。なお、前記励振部１４の外縁部１４ａと圧電振動片１１の外縁部１１ａとの最短距離（Ｗ２４）は、図５に示すように等価直列抵抗値（ＣＩ）が最低値となる０．０２ｍｍ程度であればよい。
【００２３】
前記励振電極１５は、その外縁部１５ａが前記励振部１４の外縁部１４ａに沿うようにして略全面に形成される。ただし、前記励振電極１５の外縁部１５ａが前記励振部１４の外縁部１４ａからはみ出さないように、僅かに内側に沿って形成される。
【００２４】
このように、前記圧電振動片１１の外縁部１１ａと対向する前記励振部１４の外縁部１４ａを曲面形状とすることで、圧電振動片１１の外部との振動境界部分の反射がランダムになり、スプリアスの抑制効果が得られる。また、前記励振部１４の平面領域が図１０に示した従来の矩形状の励振部４に対して４方向の外縁部１４ａが外側に向けて張り出した形となるので、その分励振電極１５の形成面積が増加し、振動強度の向上効果が図られることとなる。
【００２５】
図５は前記励振部１４の外縁部１４ａと圧電振動片１１の外縁部１１ａとの離間距離（Ｗ２３，Ｗ２４）と、等価直列抵抗値（ＣＩ）との関係をシミュレーションによって得たものである。ここでは、図１０に示したように、励振部４の外縁部４ａが平面形状の従来の圧電振動片２と、励振部４の外縁部４ａが曲面形状の本発明の励振部１４を有する圧電振動片１１とを比較して示す。
【００２６】
図５に示されるように、破線で示す従来の平面形状の外縁部４ａにあっては、Ｗ２３が０．０３ｍｍ以上であればＣＩが３０Ωと低くなっているが、Ｗ２３が０．０３ｍｍ以下になるとＣＩが急激に上昇することが分かる。これに比べて、実線で示す本発明の曲面形状の外縁部１４ａにあっては、Ｗ２４が０．０２ｍｍまでの間は、ＣＩが３０Ωと低い値で安定していることが分かる。
【００２７】
図６は励振部１４に形成される励振電極１５の面積と、等価直列抵抗値（ＣＩ）との関係をシミュレーションによって得たものである。ここでは、励振部１４の１方向、２方向、３方向及び４方向の外縁部１４ａを曲面形状にした場合について、それぞれ計算したものである。これによると、曲面形状にする外縁部１４ａの数が多くなるほど励振電極１５の面積が増加するので、それに比例してＣＩ値が低下することが分かる。
【００２８】
図５に示したように、従来の励振部４のように、平面形状の外縁部４ａによって矩形状に形成された場合は、前述したように圧電振動片２の外部との振動境界部分の反射の影響が大きく、励振部４の外縁部４ａを圧電振動片２の外縁部２ａから約０．０３ｍｍ以上離間させなければならなかったが、本発明では、曲面形状の外縁部１４ａの頂上部と圧電振動片１１の外縁部１１ａとの離間距離０．０２ｍｍまでであれば、ＣＩ値が大きく上昇することがない。それと共に、図６に示したように、励振電極１５の形成面積が従来に比べて０．２８０〜０．２９５ｍｍ２、平均で５％程度拡大させることが可能となった。これによって、ＣＩ値のさらなる改善効果が得られることとなる。
【００２９】
また、前記励振部１４の外縁部１４ａの曲率を大きくしようとすると、振動の節となる位置が内側にずれ込むこととなるが、本実施形態の励振部１４は、四隅の節２２を規定した矩形領域を設定し、この矩形領域の各外縁部を曲面形状にして突出させた形状となっている。このため、設計上の制約が多い小型の圧電振動片にあっても、安定且つ精度の高い振動モードを得ることができると共に、振動強度も高めることが可能となった。
【００３０】
次に、前記励振部１４に形成される励振電極１５との電気的接続を図るリード部１６及び端子部１８の構成について説明する。前記リード部１６及び端子部１８にそれぞれ形成されるリード電極１７及び端子電極１９については、励振部１４のように直接励振に寄与するものではない。このため、図１０に示したように、端子電極７及びリード電極６は、励振部４が形成されるメサ部ではなく、薄肉状のベース部３上に沿って形成されるのが一般的であった。このように、前記励振部４からリード部６及び端子電極７に至る間に段差が生じると、それによって電極膜の厚みに差が生じる場合があり、電気抵抗が変化したり、断線等による導通不良が発生したりするなどの問題が生じるおそれがあった。
【００３１】
本発明では、前記励振部１４、リード部１６及び端子部１８が同一厚みのメサ部１３として形成されているため、ここに形成される励振電極１５、リード電極１７及び端子電極１９も同一高さに形成することができる。これによって、圧電振動片１１を形成する際に、エッチング速度差によるエッジを有した段差が生じることがなく、励振部１４からリード部１６及び端子部１８に至る電気的な安定を図ることができる。
【００３２】
さらに、イオンビーム照射によって周波数調整を行う際に、前記リード部１６及び端子部１８が励振部１４と同じ厚みを有しているので、前記励振電極１５、リード電極１７及び端子電極１９の厚みを均等に調整することができる。これによって、周波数調整を精度よく行うことができると共に、導電性の劣化を有効に防止することができる。
【００３３】
図７は前記リード部１６の幅と等価直列抵抗値（ＣＩ）との関係をシミュレーションによって得たものである。このシミュレーション結果によると、リード部１６の幅が０．１ｍｍ以上では、励振部１４から振動漏れが生じる場合があり、ＣＩ値が上昇するが、リード部１６の幅（Ｗ１）が０．０６ｍｍ以下であれば、ＣＩ値が３０〜４０Ωと低く抑えられることが分かる。これによって、リード部１６における前記振動漏れによる影響を最小限に抑えることが可能となる。なお、前記０．０６ｍｍ以下に規定されるリード部１６の最小幅は、励振部に近い方が望ましく、振動漏れの影響を最も小さくする効果がある。
【００３４】
上記実施形態の励振部１４は、４方向の外周部を曲面形状の外縁部１４ａとすることで、励振電極１５の有効面積を最大限拡張することができ、従来設計と比較した場合、３７．４ＭＨｚの周波数帯で等価直列抵抗の平均値が３４Ω〜２７Ωまで低減されることが確認できた。このように、励振部１４の全ての辺を曲面形状の外縁部１４ａにしなくとも、いずれか一辺以上を曲面形状の外縁部１４ａにしてもよい。この場合、前記一辺の両端が振動の節に設定される。これによって、振動の節を確保しつつ、少しでも励振部１４及び励振電極１５の面積を広げることができる。
【００３５】
本実施形態の圧電振動片１１にあっては、図２及び図４に示したように、端子部１８が設けられている側のスペースに余裕があるので、少なくとも前記端子部１８に対向する励振部１４の外縁部１４ａを曲面形状にすることは容易である。これによって、励振部１４の全ての辺が平面形状の外縁部とした場合に比べて励振電極の形成面積が増すので、等価直列抵抗の低減効果が得られる。
【００３６】
図８及び図９は、前記圧電振動片１１を搭載した圧電振動子３１の一例を示したものである。この圧電振動子３１は、前記圧電振動片１１が収容可能な凹部３５を有したセラミック又はプラスチックのパッケージ３２と、搭載した圧電振動片１１を封止するリッド３３とによって形成されている。前記凹部３５内には、前記圧電振動片１１の端子部１８を支持する台座部３４が設けられ、この台座部３４上に載置した端子部１８が導電性接着剤によって電気的に接合される。そして、減圧環境下で前記パッケージ３２をリッド３３によって封止することによって、圧電振動子３１が形成される。
【００３７】
また、前記励振部１４を挟んで対向する側に前記リード部１６及び突出部２３がそれぞれ同じ厚みを有して延びているため、図８（ｂ）に示したように、圧電振動片１１をパッケージ３２に収容した際、台座部３４に対して水平に保持することができると共に、励振電極１５の接触を防止することができる。これによって、前記圧電振動片１１をパッケージ３２に搭載する際の前記励振部１４及び励振電極１５の損傷等を防止することができ、安定した振動を得ることができる。本実施形態では、励振部１４から延びる部分を細くして安定性を持たせるためにＴ字状にしたが、このような形状に限定するものではない。
【符号の説明】
【００３８】
１  圧電振動子
１ａ  パッケージ
１ｂ  コーナ部
２  圧電振動片
２ａ  外縁部
３  ベース部
４  励振部
４ａ  外縁部
５  励振電極
５ａ  外縁部
６  リード電極
７  端子電極
１１  圧電振動片
１１ａ  外縁部
１２  ベース部
１３  メサ部
１４  励振部
１４ａ  外縁部
１５  励振電極
１５ａ  外縁部
１６  リード部
１７  リード電極
１８  端子部
１９  端子電極
２１  面取部
２２  節
２３  突出部
３１  圧電振動子
３２  パッケージ
３３  リッド
３４  台座部
３５  凹部
【図１】
0006647001.tif 000002
【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】
0006647001.tif 000008
【図８】
0006647001.tif 000009
【図９】
0006647001.tif 000010
【図１０】
0006647001.tif 000011