ВИБРАТОР, ВИБРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, ГЕНЕРАТОР КОЛЕБАНИЙ И ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО
VIBRATOR, VIBRATION TRANSDUCER, VIBRATION GENERATOR AND ELECTRONIC DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к вибратору, такому как изгибный вибратор, который колеблется, например, в режиме изгибных колебаний, к вибропреобразователю или генератору колебаний, который использует изгибный вибратор, и к электронному устройству, имеющему генератор колебаний.
Предшествующий уровень техники
В предшествующем уровне техники изгибный вибратор камертонного типа, в котором пара колеблющихся плеч продолжается от базового участка, изготовленного из пьезоэлектрического материала, такого как кварц, так, чтобы колебаться в направлении друг к другу или друг от друга в горизонтальном направлении, широко используется в качестве вибратора, который колеблется в режиме изгибных колебаний. Когда колеблющиеся плечи изгибного вибратора камертонного типа возбуждены, если у них имеется потеря энергии колебаний, она снижает эксплуатационные показатели вибратора, например, из-за увеличения значения CI (полного сопротивления поликристалла) или уменьшения значения Q (добротности). Таким образом, были предприняты различные попытки для того, чтобы предотвращать или подавлять такие потери энергии колебаний.
Например, известен кварцевый вибратор камертонного типа, в котором вырезанный участок или выемка (прорезанный паз) с предварительно определенной глубиной образована на обеих сторонах базового участка, от которого продолжаются колеблющиеся плечи (смотрите, например, JP 2002-261575 и JP 2004-260718). В этом кварцевом вибраторе камертонного типа, когда вибрация колеблющихся плеч включает в себя вертикальную компоненту, потеря колебаний от базового участка подавляется благодаря выемке. Таким образом, эффект удержания энергии колебаний увеличивается и значение Q контролируется, и предотвращается флуктуация значения Q между вибраторами.
Кроме того, в вибраторе, уменьшение значения Q происходит не только из-за механических потерь энергии колебаний, описанных выше, но оно также происходит из-за теплопроводности, вызываемой перепадом температур между сжимающимся участком, в котором действует напряжение сжатия колеблющихся плеч, совершающих действия изгибных колебаний, и расширяющимся участком, в котором действует напряжение при растяжении. Уменьшение значения Q, вызываемое теплопроводностью, упоминается как эффект термоупругих потерь.
Вибратор камертонного типа, в котором образован паз или отверстие на центральной линии колеблющегося плеча (колеблющегося стержня), имеющего прямоугольное сечение, чтобы предотвращать или подавлять уменьшение значения Q из-за эффекта термоупругих потерь, раскрыто, например, в JP-UM 2-32229.
В последние годы различные электронные устройства, имеющие вибратор, были миниатюризированы. Примеры таких электронных устройств включают в себя миниатюризированные информационные устройства, такие как HDD (накопители на жестких дисках), портативные компьютеры или карточки ИС, устройства мобильной связи, такие как портативные телефоны, автомобильные телефоны или системы поискового вызова и гиродатчики вибраций. В соответствии с этим, имеется более высокий уровень требований к миниатюризации вибраторов, устанавливаемых в этих электронных устройствах.
Среди требований к миниатюризации такого вибратора сокращение длины колеблющегося плеча является особенно перспективным. В соответствии с этим, имеется потребность уменьшить площадь поперечного сечения колеблющегося плеча. Поэтому, как должно быть понятно, трудно понижать частоту вибратора, и вибрационные характеристики вибратора, вероятно, станут нестабильными из-за возникновения режима колебаний высшего порядка. В качестве вибратора, способного подавлять возникновение такого режима колебаний высшего порядка, понижать частоту и стабилизировать вибрационные характеристики, вибратор, в котором на верхнем конце колеблющегося плеча образован утяжеленный участок, имеющий большую ширину, чем общий участок (участок плеча) колеблющегося плеча, раскрыт, например, в JP-UM 2005-5896.
Однако автор настоящего изобретения определил, что когда вибратор имеет конструкцию, в которой у него имеется колеблющееся плечо, которое включает в себя и удлиненный паз, и утяжеленный участок, если заполнение длины утяжеленного участка относительно всей длины в продольном направлении колеблющегося плеча является слишком маленьким или слишком большим, невозможно получать желаемый эффект понижения частоты с помощью утяжеленного участка и требуемый эффект подавления термоупругих потерь с помощью удлиненного паза. Кроме того, автор настоящего изобретения также нашел, что когда заполнение длины утяжеленного участка относительно всей длины в продольном направлении колеблющегося плеча находится в пределах определенного диапазона, можно получать требуемое значение Q посредством воздействия понижения частоты с помощью утяжеленного участка и требуемый эффект подавления термоупругих потерь с помощью удлиненного паза.
Сущность изобретения
Преимущество некоторых аспектов изобретения заключается в решении, по меньшей мере, части из описанных выше проблем, и изобретение может быть реализовано в виде следующих форм или примеров применения.
Пример 1
Этот пример изобретения направлен на вибратор, включающий в себя базовый участок; и колеблющееся плечо, которое продолжается от базового участка, колеблющееся плечо предусмотрено вместе с доходящим до дна удлиненным пазом, который имеет отверстие вдоль, по меньшей мере, одной основной поверхности из обеих основных поверхностей колеблющегося плеча, причем колеблющееся плечо снабжено утяжеленным участком, который образован у верхней торцевой стороны колеблющегося плеча на противоположной стороне от основания колеблющегося плеча, прикрепленного к базовому участку, и который имеет большую ширину, чем ширина колеблющегося плеча на стороне основания, прикрепленного к базовому участку, и соотношение длины утяжеленного участка к длине от основания, прикрепленного к базовому участку, до верхнего конца колеблющегося плеча в продольном направлении колеблющегося плеча находится в пределах диапазона 35-41%.
В соответствии с этой конфигурацией, автор настоящего изобретения нашел, что в вибраторе, удлиненный паз, обеспеченный в колеблющемся плече, улучшает эффективность колебаний и уменьшает значение CI, а утяжеленный участок у верхнего конца колеблющегося плеча выполняет функцию усиления веса. Таким образом, можно получать эффект подавления частоты до достаточно низкой величины без увеличения длины колеблющегося плеча. Помимо этого, термоупругие потери уменьшаются, и достигается эффект достаточного подавления уменьшения значения Q. Поэтому можно обеспечивать вибратор, в котором реализована миниатюризация и подавляется уменьшение значения Q, и который при этом имеет низкую частоту и благоприятные вибрационные характеристики.
Пример 2
Этот пример изобретения направлен на вибратор, в котором относительная величина длины утяжеленного участка находится в пределах 36-40%.
В соответствии с этой конфигурацией, можно получать заметный эффект уменьшения размера и частоты и подавления уменьшения значения Q.
Пример 3
Этот пример изобретения направлен на вибратор, в котором относительная величина длины утяжеленного участка находится в пределах 37-39%.
В соответствии с этой конфигурацией, можно получать более заметный эффект уменьшения размера и частоты и подавления уменьшения значения Q.
Пример 4
Этот пример изобретения направлен на вибратор, в котором вибратор дополнительно включает в себя два колеблющихся плеча, которые продолжаются от базового участка; и опорное плечо, которое образовано так, что продолжается от участка базового участка между двумя колеблющимися плечами в продольном направлении колеблющегося плеча.
В соответствии с этой конфигурацией, в вибраторе, поскольку опорное плечо предусмотрено между парой колеблющихся плеч, можно подавлять изменения в рабочих параметрах вибратора, которые могут происходить из-за возмущающего воздействия воздуха между соответствующими колеблющимися плечами, когда соответствующие колеблющиеся плечи колеблются, особенно когда соответствующие колеблющиеся плечи колеблются в направлении друг к другу.
Кроме того, можно предотвращать возникновение различных проблем, которые могут происходить, когда базовый участок поддерживается и фиксируется на корпусе или подобном элементе в качестве опорного участка, таких как проблема, при которой верхний конец вибратора входит в контакт с корпусом или тому подобным в состоянии, в котором он наклонен вниз. Кроме того, можно подавлять возникновение эксплуатационных отклонений от нормы, которые могут происходить, когда воздействие на корпус передается непосредственно к колеблющемуся плечу через базовый участок. Таким образом, можно обеспечить вибратор, имеющий устойчивые вибрационные характеристики.
Пример 5
Этот пример изобретения направлен на вибратор, в котором базовый участок и колеблющееся плечо образованы из кварца.
В соответствии с этой конфигурацией, можно обеспечивать кварцевый вибратор, который имеет высокую ударопрочность и благоприятные вибрационные характеристики, и в котором подавляется уменьшение значения Q, возникающее в результате термоупругих потерь.
Пример 6
Этот пример изобретения направлен на вибратор, в котором вибратор представляет собой изгибный вибратор, который имеет режим изгибных колебаний.
В соответствии с этой конфигурацией, автор настоящего изобретения нашел, что в изгибном вибраторе, который имеет режим изгибных колебаний, можно получать более заметный эффект понижения частоты и подавления уменьшения значения Q.
Пример 7
Этот пример изобретения направлен на вибропреобразователь, включающий в себя вибратор и корпус, который вмещает этот вибратор.
В соответствии с этой конфигурацией, поскольку вибропреобразователь включает в себя вибратор по вышеупомянутому аспекту, можно обеспечить вибропреобразователь маленького размера, в котором эффективность колебаний улучшается благодаря удлиненному пазу для уменьшения значения CI, а частота понижается благодаря утяжеленному участку, и уменьшение значения Q, являющееся результатом термоупругих потерь, подавляется, и который при этом имеет благоприятные вибрационные характеристики.
Пример 8
Этот пример изобретения направлен на генератор колебаний, включающий в себя вибратор в соответствии с вышеупомянутым аспектом; участок схемы, который электрически соединен с вибратором; и корпус, который вмещает этот вибратор и участок схемы.
В соответствии с этой конфигурацией, поскольку генератор колебаний включает в себя вибратор по вышеупомянутому аспекту, можно обеспечить генератор колебаний, в котором эффективность колебаний улучшается благодаря удлиненному пазу для уменьшения значения CI, а частота понижается благодаря утяжеленному участку, и подавляется уменьшение значения Q, являющееся результатом термоупругих потерь, и который при этом имеет благоприятные вибрационные характеристики.
Пример 9
Этот пример изобретения направлен на электронное устройство, включающее в себя генератор колебаний в соответствии с вышеупомянутым аспектом.
В соответствии с этой конфигурацией, поскольку электронное устройство включает в себя генератор колебаний по вышеупомянутому аспекту, это электронное устройство может достигать дальнейшей миниатюризации и улучшения надежности.
Краткое описание чертежей
Изобретение будет описано со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1A изображает вид сверху на одной стороне основной поверхности, схематично иллюстрирующий вариант осуществления вибратора, предусмотренного в электронном устройстве в соответствии с изобретением;
фиг.1В изображает увеличенный вид в поперечном сечении, по линии IB-IB на фиг.1A;
фиг.2 изображает диаграмму, показывающую соотношение между заполнением утяжеленного участка вибратора и показателем высокого качества;
фиг.3А изображает схематический вид сверху, иллюстрирующий вариант осуществления вибропреобразователя, имеющего вибратор;
фиг.3B изображает вид в поперечном сечении, по линии IIIB-IIIB на фиг.3А;
фиг.4A изображает схематический вид сверху, иллюстрирующий вариант осуществления генератора колебаний, имеющего вибратор, как видно сверху;
фиг.4B изображает вид в поперечном сечении, по линии IVB-IVB на фиг.4A;
фиг.5 изображает общий вид, показывающий упрощенную конфигурацию портативного телефона в качестве примера электронного устройства;
фиг.6 изображает блок-схему, показывающую схему портативного телефона;
фиг.7 изображает общий вид, показывающий упрощенную конфигурацию персонального компьютера в качестве примера электронного устройства.
Описание примерных вариантов осуществления изобретения
В дальнейшем, примерные варианты осуществления вибратора согласно изобретению, вибропреобразователя или генератора колебаний, использующего этот вибратор, и электронного устройства, имеющего генератор колебаний, будут описаны со ссылками на чертежи.
ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Вибратор
Прежде всего, до описания электронного устройства согласно изобретению будет описан вибратор, предусмотренный в этом электронном устройстве.
Фиг.1A и 1В схематично иллюстрируют вибратор в соответствии с этим вариантом осуществления, причем фиг.1A изображает вид сверху на одной основной поверхности, а фиг.1В изображает увеличенный вид в поперечном сечении, по линии IB-IB на фиг.1A.
Как показано на фиг.1A, вибратор 20 этого варианта осуществления представляет собой вибратор, который имеет режим изгибных колебаний и который выполнен из пьезоэлектрического материала, такого как кварц, танталат лития или ниобат лития. Когда вибратор 20 выполнен из кварца, используется кристаллическая пластина, полученная посредством разрезания и полирования из кварцевой пластины Z-среза до предварительно определенной толщины. Кварцевую пластину Z-среза отрезают при повороте на угол в пределах диапазона 0-5° в направлении по часовой стрелке относительно оси Z ортогональной системы координат, образованной осями X, Y и Z. Вибратор 20 этого варианта осуществления представляет собой кварцевый вибратор, который образован так, что имеет внешнюю форму так называемого камертонного типа, и который включает в себя базовый участок 21, образованный посредством обработки кварцевой пластины Z-среза, и пару колеблющихся плеч 22, продолжающихся параллельно, будучи разделенными на две площадки от одной торцевой стороны (верхней торцевой стороны на чертеже) базового участка 21.
В базовом участке 21 пара выемок 31 образована так, что продолжается в противоположных направлениях вдоль одной прямой линии таким образом, что имеет форму, которая присоединена к обеим основным поверхностям базового участка 21. Базовый участок 21 включает в себя первый и второй участки 21a и 21b, которые расположены с обеих сторон от базового участка 21, с парой выемок 31, расположенных между ними, и соединительный участок 21c, который соединяет первый и второй участки 21a и 21b между парой выемок 31. В вибраторе 20 по этому варианту осуществления, поскольку выемки 31 блокируют передачу колебаний соответствующих колеблющихся плеч 22, можно подавлять так называемое рассеяние колебаний, которое представляет собой явление, при котором вибрация передается наружу через базовый участок 21 и опорное плечо 30, и предотвращать увеличение значения CI.
Желательно форму соответствующих выемок 31 регулировать до оптимальной ширины и длины, чтобы гарантировать прочность вибратора 20 на фоне понижения и снижения до минимума рассеяния колебаний.
Как показано на фиг.1A, пара колеблющихся плеч 22 продолжается от первого участка 21a базового участка 21 в направлении, параллельном обеим основным поверхностям (передней и задней поверхностям листа чертежа). Кроме того, у каждого колеблющегося плеча 22 имеется две основные поверхности и две боковые поверхности, которые соединяют две основные поверхности с обеих сторон.
Каждое колеблющееся плечо 22 имеет общий участок 23, который расположен у его центрального участка и который является главным колеблющимся участком колеблющегося плеча 22. Кроме того, у каждого колеблющегося плеча 22 имеется большой широкий участок 24, который расположен на участке основания, соединенном с базовым участком 21, и ширина которого между двумя боковыми поверхностями постепенно увеличивается от общего участка 23 к базовому участку 21 и достигает максимума на участке основания, прикрепленном к базовому участку 21. Как описано выше, поскольку у каждого колеблющегося плеча 22 имеется большой широкий участок 24, колеблющееся плечо 22 соединяется с базовым участком 21 с большой шириной. Таким образом, увеличивается жесткость и улучшается ударопрочность или подобные характеристики.
Утяжеленный участок 29, имеющий большую ширину, чем общий участок 23, образован на верхней торцевой стороне каждого колеблющегося плеча 22 на противоположной стороне от основания, прикрепленного к базовому участку 21. Поскольку утяжеленный участок 29 образован на верхнем конце каждого колеблющегося плеча 22, верхний конец выполняет функцию усиления веса. Таким образом, можно понижать частоту без увеличения длины колеблющегося плеча 22.
В продольном направлении (в этом примере, в направлении продолжения каждого колеблющегося плеча 22 от первого участка 21a базового участка 21) каждого колеблющегося плеча 22 вибратора 20, соотношение длины l тяжелого участка 29 к длине L от основания, прикрепленного к базовому участку 21, до верхнего конца регулируется так, чтобы оно находилось в пределах диапазона 35-41%. Автор настоящего изобретения нашел, что когда вибратор 20 выполнен таким образом, поскольку утяжеленный участок 29, который является верхним концом каждого колеблющегося плеча 22, выполняет функцию усиления веса, можно получать эффект подавления частоты до достаточно низкой величины без увеличения длины колеблющегося плеча 22. Помимо этого, можно получать эффект уменьшения термоупругих потерь и достаточного подавления уменьшения значения Q (подробности которого будут описаны ниже).
На одной основной поверхности каждого колеблющегося плеча 22 один доходящий до дна удлиненный паз 26a предусмотрен вдоль его продольного направления. Кроме того, как показано на фиг.1В, на другой основной поверхности одного колеблющегося плеча 22 (левой поверхности на листе чертежа фиг.1A), один удлиненный паз 26b предусмотрен вдоль продольного направления колеблющегося плеча 22. Точно так же, хотя это не показано на чертеже, на другой основной поверхности другого колеблющегося плеча 22 (правой поверхности на листе чертежа), предусмотрен один доходящий до дна паз 26b. Таким образом, удлиненные пазы 26a и 26b имеют отверстие, которое расположено вдоль основной поверхности.
Как описано выше, с удлиненными пазами 26a и 26b, предусмотренными на каждом колеблющемся плече 22, жесткость уменьшается, и колеблющееся плечо 22 может легко вибрировать. Таким образом, колеблющееся плечо 22 имеет возможность эффективно колебаться и демонстрировать благоприятные вибрационные характеристики. Кроме того, удлиненные пазы 26a и 26b сужают тепловой поток, являющийся результатом изменений в температуре, происходящих в выступающих участках 25 на обеих боковых поверхностях колеблющегося плеча 22 из-за деформации, связанной с колебаниями около участка основания каждого колеблющегося плеча 22, прикрепленного к базовому участку 21. Таким образом, можно получать эффект подавления проводимости тепла и уменьшения термоупругих потерь. В результате можно подавлять неблагоприятное воздействие, являющееся результатом термоупругих потерь, например, таких как увеличение значения CI или уменьшение значения Q.
Вибратор 20 по этому варианту осуществления имеет пару опорных плеч 30, продолжающихся от второго участка 21b базового участка 21. Пара опорных плеч 30 продолжается во взаимно противоположном направлении, которое является направлением, пересекающим направление продолжения пары колеблющихся плеч 22 от базового участка 21, и изгибается приблизительно под прямым углом в изогнутом участке 32 и, затем, продолжается параллельно в направлении продолжения пары колеблющихся плеч 22. Благодаря изгибанию опорного плеча 30 таким образом можно миниатюризировать колеблющееся плечо 20, имеющее опорное плечо 30. Опорное плечо 30 включает в себя область фиксации, которая расположена ближе к верхней торцевой стороне (стороне колеблющегося плеча 22, находящейся близко к утяжеленному участку 29), чем изогнутый участок 32, и которая прикреплена к корпусу или подобному элементу, как описано ниже. Поскольку вибратор 20 прикреплен так, что поддерживается областью фиксации опорного плеча 30, колеблющееся плечо 22 и базовый участок 21 могут свободно смещаться от фиксированной поверхности вибратора 20.
На поверхности каждого колеблющегося плеча 22, включающего в себя соответствующие удлиненные пазы 26a и 26b и их две боковые поверхности, сформированы электроды 33 и 34 возбуждения (смотрите фиг.1В). Когда между электродами 33 и 34 возбуждения прикладывается напряжение в одном колеблющемся плече 22, две боковые поверхности колеблющегося плеча 22 расширяются и сжимаются, посредством чего колеблющееся плечо 22 колеблется. Электроды 33 и 34 возбуждения могут быть образованны посредством травления кварца так, чтобы образовать внешнюю форму, включающую в себя удлиненные пазы 26a и 26b вибратора 20, формирования слоя электрода, изготовленного, например, из золота (Au), посредством напыления или металлизации на базовом слое, изготовленном, например, из никеля (Ni) или хрома (Cr), и формирования изображения получающейся в результате структуры с использованием фотолитографии. Здесь должно быть понятно, что хром имеет высокое сцепление с кварцем, а золото имеет низкое электрическое сопротивление и легко не окисляется.
В данном описании будет раскрыто действие вибратора 20 по этому варианту осуществления.
Прежде всего, автор настоящего изобретения выполнял моделирование, чтобы получать заполнение, при котором эффективно достигается низкая частота, и заполнение, при котором уменьшение значения Q, рассчитанное на постоянной частоте, эффективно подавляется при изменении заполнения длины l утяжеленного участка 29 относительно длины L от основания колеблющегося плеча 22, прикрепленного к базовому участку 21, до верхнего конца. В соответствии с результатами моделирования, заполнение, при котором эффективно достигается низкая частота, не было идентичным заполнению, при котором уменьшение значения Q эффективно подавляется.
Впоследствии, элемент, который улучшает эффективность достижения низкой частоты вибратора 20, и элемент, который дополнительно уменьшает термоупругие потери, были умножены на заполнение длины утяжеленного участка 29 относительно длины от основания колеблющегося плеча 22, прикрепленного к базовому участку 21, до верхнего конца. Помимо этого результат умножения был откорректирован так, чтобы соответствовать оптимальному значению, полученному через моделирование, основанное на эквивалентной модели. Таким образом, были получены результаты, показанные на диаграмме на фиг.2.
На фиг.2 горизонтальная ось представляет заполнение веса (%) длины l утяжеленного участка 29 относительно длины L в продольном направлении от основания колеблющегося плеча 22, прикрепленного к базовому участку 21, до верхнего конца, а вертикальная ось представляет откорректированный показатель высокого качества, который определяет перемножение показателя низкой частоты и показателя высокого Q.
Как показано на диаграмме по фиг.2, автор настоящего изобретения нашел, что откорректированный показатель высокого качества достигает самого высокого значения в диапазоне заполнений веса 35-41% вокруг центрального заполнения веса, составляющего 38%.
Показатель низкой частоты представляет собой значение, которое указывает величину понижения частоты посредством утяжеленного участка и которое нормализовано к значению от 0 до 1. В частности, показатель низкой частоты представляет собой значение, которое нормализовано к значению 1 для самого низкого значения Q и к 0 для самого высокого значения Q при изменении заполнения веса между 0% и 100%.
Кроме того, показатель высокого Q представляет собой значение, которое указывает величину увеличения значения Q посредством утяжеленного участка, и которое нормализуется к значению от 0 до 1. В частности, показатель высокого Q представляет собой значение, которое нормализуется к 1 для самого высокого значения Q и к 0 для самого низкого значения Q, когда заполнение веса изменяется между 0% и 100%.
Поэтому, в соответствии с вибратором 20 по описанному выше варианту осуществления, удлиненные пазы 26a и 26b, предусмотренные для каждого колеблющегося плеча 22, улучшают эффективность колебаний и уменьшают значение CI. Кроме того, поскольку длина l в продольном направлении утяжеленного участка 29, образованная на верхнем конце каждого колеблющегося плеча 22, занимает 35-41% всей длины L колеблющегося плеча 22, частота может быть подавлена до достаточно низкой величины без увеличения длины колеблющегося плеча 22. Кроме того, получен эффект уменьшения термоупругих потерь и достаточного подавления уменьшения значения Q.
Автор настоящего изобретения нашел, что этот эффект является заметным, когда заполнение веса утяжеленного участка 29 каждого колеблющегося плеча 22 находится в пределах диапазона 36-40%.
Автор настоящего изобретения также определил, что этот эффект является более заметным, когда заполнение веса утяжеленного участка 29 каждого колеблющегося плеча 22 находится в пределах диапазона 37-39%.
Вибропреобразователь
Следующим будет описан вибропреобразователь, в котором используется описанный выше вибратор 20.
Фиг.3А и 3B изображают вариант осуществления вибропреобразователя, имеющего установленный в нем описанный выше вибратор 20, при этом фиг.3А изображает схематический вид сверху, а фиг.3B изображает увеличенный вид в поперечном сечении по линии IIIB-IIIB на фиг.3А. На фиг.3А, для лучшего понимания внутренней конструкции вибропреобразователя, показано состояние, в котором крышка 119 (фиг.3B), предусмотренная наверху вибропреобразователя 200, удалена.
На фиг.3А и 3B вибропреобразователь 200 имеет корпус 110, в котором предусмотрено углубление с уступами. Вибратор 20 присоединен к нижнему участку углубления корпуса 110, а крышка 119 в качестве защитного покрытия присоединена к открытому верхнему концу корпуса 110.
Корпус 110 имеет конструкцию, в которой прямоугольные кольцеобразные подложки 112 и 113 второго и третьего слоя, имеющие внутренние кольцеобразные участки разного размера, последовательно сформированы на плоской подложке 111 первого слоя. Таким образом, корпус 110 имеет углубление, которое имеет отверстие на стороне верхней поверхности и имеет уступ на внутренней стороне. Что касается материала корпуса 110, то можно использовать, например, керамику, стекло и т.п.
В углублении корпуса 110 множество зажимов 115 вибраторов, которые присоединены к вибратору 20, обеспечены на уступе, который образован подложкой 112 второго слоя. Кроме того, хотя на чертеже не показано, внешние монтажные зажимы, используемые для получения присоединения к внешней подложке, обеспечиваются на внешней нижней поверхности подложки первого слоя 111, которая является внешней нижней поверхностью корпуса 110.
Описанные выше соответствующие зажимы, предусмотренные для корпуса 110, присоединены к соответствующим зажимам электропроводки внутри слоя, например, таким как выводные провода электропроводки и сквозные отверстия, которые не показаны.
Вибратор 20 присоединен в углублении корпуса 110. В частности, внешние соединительные электроды (не показаны) предусмотрены в части опорного плеча 30 вибратора 20, а зажимы 115 вибратора обеспечены на уступе углубления корпуса 110 и образованы выступающими частями 112a подложки 112 второго слоя, выровненные друг относительно друга и присоединенные проводящим связующим материалом 96, например, таким как серебряная паста, и электрически соединенные друг с другом. Таким образом, вибратор 20 зафиксирован в углублении корпуса 110 с колеблющимся плечом 22, остающимся в виде свободного конца, в то же время оставляя зазор между вибратором 20 и подложкой 111 первого слоя, которая является нижним участком углубления.
Как показано на фиг.3B, крышка 119 в качестве защитного покрытия расположена на верхнем конце корпуса 110, в котором вибратор 20 присоединен в углублении, и открывание корпуса 110 блокируется. Что касается материала крышки 119, то может использоваться, например, такой металл, как 42-сплав (железоникелевый сплав, содержащий 42% никеля) или ковар (железоникелекобальтовый сплав), керамика или стекло и т.п. Крышку 119, изготовленную из металла, присоединяют к корпусу 110 посредством сварки с прокладкой, используя уплотнительное кольцо 118, которое образовано посредством вырубки сплава ковара или тому подобного в прямоугольную кольцеобразную форму. Внутреннее пространство, образованное в корпусе 110, представляет собой пространство для обеспечения возможности функционировать вибратору 20. Кроме того, внутреннее пространство герметично уплотняется с разреженной атмосферой или атмосферой инертного газа.
В соответствии с вибропреобразователем 200, имеющим описанную выше конфигурацию, поскольку он включает в себя вибратор 20, имеющий описанную выше конфигурацию, можно обеспечивать вибропреобразователь 200, который имеет благоприятные вибрационные характеристики, и в котором удлиненные пазы 26a и 26b, предусмотренные для колеблющегося плеча 22, улучшают эффективность колебаний и уменьшают значение CI, а утяжеленный участок 29 понижает частоту и увеличивает значение Q.
Генератор колебаний
Ниже будет описан генератор колебаний, использующий описанный выше вибратор 20.
Фиг.4A и 4B изображают вариант осуществления генератора колебаний, имеющего установленный в нем описанный выше вибратор 20, при этом фиг.4A изображает схематический вид сверху, и фиг.4B изображает увеличенный вид в поперечном сечении по линии IVB-IVB на фиг.4A. На фиг.4A, для лучшего понимания внутренней конструкции генератора колебаний, показано состояние, в котором крышка 219, предусмотренная наверху генератора 300 колебаний, удалена.
На фиг.4A и 4B, у генератора 300 колебаний имеется корпус 210, в котором предусмотрено ступенчатое углубление. Кристалл 150 ИС и вибратор 20, расположенный над кристаллом 150 ИС, присоединены к нижнему участку углубления корпуса 210, а крышка 219 в качестве защитного покрытия присоединена к открытому верхнему концу корпуса 210.
Корпус 210 имеет конструкцию, в которой прямоугольные кольцеобразные подложки 212, 213 и 214 второго, третьего и четвертого слоя, имеющие внутренние кольцеобразные участки разного размера, последовательно сформированы на плоской подложке 211 первого слоя. Таким образом, у корпуса 210 имеется углубление, которое имеет отверстие на стороне верхней поверхности и имеет уступ на внутренней стороне. Что касается материала корпуса 210, то можно использовать, например, керамику, стекло и т.д.
Площадка 215 кристалла, на которой расположен кристалл 150 ИС, обеспечена на подложке 211 первого слоя, которая является нижним участком углубления корпуса 210. Хотя на чертеже не показано, внешние монтажные зажимы, используемые для достижения присоединения к внешней подложке, предусмотрены на внешней нижней поверхности (поверхности, отличающейся от поверхности, на которой предусмотрены площадка 215 кристалла) подложки 211 первого слоя, которая является внешней нижней поверхностью корпуса 210.
Кроме того, в углублении корпуса 210, множество выводов 216 ИС, которые используются для достижения электрического соединения с кристаллом 150 ИС, обеспечены на уступе, который образован подложкой 212 второго слоя.
Помимо этого, в углублении корпуса 210, множество выводов 217 вибратора, к которым присоединен вибратор 20, обеспечены на уступе, который образован подложкой 213 третьего слоя.
Описанные выше соответствующие выводы, предусмотренные для корпуса 210, соединены с соответствующими выводами посредством электропроводки внутри слоя, например, выводных проводов электропроводки и сквозных отверстий, которые не показаны.
Кристалл 150 ИС является элементом полупроводниковой схемы (участком схемы), который включает в себя колебательный контур, который заставляет колебаться вибратор 20, схему термокомпенсации и т.д. Кристалл 150 ИС прикреплен и зафиксирован, например, посредством свинцового материала 95, на площадке 215 кристалла, которая обеспечена на нижнем участке углубления корпуса 210. В этом варианте осуществления кристалл 150 ИС электрически подсоединен к корпусу 210 с использованием способа проводного соединения. В частности, множество контактных площадок 155, обеспеченных на кристалле 150 ИС, подсоединены к соответствующим выводам 216 ИС корпуса 210 посредством проводов 97 проводного соединения.
В углублении корпуса 210 вибратор 20 присоединен на верхней стороне кристалла 150 ИС. В частности, внешние соединительные электроды (не показаны), обеспеченные в части опорного плеча 30 вибратора 20, и выводы 217 вибратора, обеспеченные на уступе, который образован выступающей частью 213a подложки 213 третьего слоя в углублении корпуса 210, выровнены относительно друг друга и соединены проводящим связующим материалом 96, например, таким как серебряная паста, и электрически соединены друг с другом. Таким образом, вибратор 20 фиксируется в углублении корпуса 210 с колеблющимся плечом 22, остающимся в виде свободного конца, в то же время оставляя зазор между вибратором 20 и кристаллом 150 ИС, который присоединен на нижней стороне.
Как показано на фиг.4B, крышка 219 расположена на верхнем конце корпуса 210, в котором в углублении присоединены кристалл 150 ИС и вибратор 20, и открывание корпуса 210 блокируется. Когда крышка 219 выполнена из металла, эта крышка 219 присоединена к корпусу 210 посредством сварки с прокладкой с использованием уплотнительного кольца 218, которое образовано посредством вырубки из сплава ковара или тому подобного в виде прямоугольной кольцеобразной формы. Внутреннее пространство, которое образовано в корпусе 210 так, чтобы обеспечивать возможность вибратору 20 функционировать, герметично уплотняется с разреженной атмосферой или атмосферой инертного газа.
В соответствии с генератором 300 колебаний, имеющим описанную выше конфигурацию, поскольку он включает в себя вибратор 20, имеющий описанную выше конфигурацию, можно обеспечивать генератор 300 колебаний, который имеет благоприятные вибрационные характеристики, и в котором удлиненные пазы 26a и 26b, предусмотренные для колеблющегося плеча 22, улучшают эффективность колебаний и уменьшают значение CI, а утяжеленный участок 29 понижает частоту и увеличивает значение Q.
Электронное устройство
Генератор 300 колебаний, имеющий вибратор 20 описанного выше варианта осуществления, можно применять к различным электронным устройствам, и такие электронные устройства имеют высокую надежность. Фиг.5 и 6 изображают портативный телефон в качестве примера электронного устройства в соответствии с изобретением. Фиг.5 изображает общий вид, показывающий упрощенный внешний вид портативного телефона, и фиг.6 изображает блок-схему, иллюстрирующую участок схемы портативного телефона. В этом примере будет описан вариант, в котором портативный телефон 400 включает в себя генератор 300 колебаний, использующий вибратор 20 (фиг.1A и 1В). Кроме того, дополнительное описание конфигурации и действия генератора 300 колебаний будет опущено, с использованием тех же самых обозначений, которые использовались в описанном выше варианте осуществления.
Как показано на фиг.5, портативный телефон 400 включает в себя LCD 401 (жидкокристаллический дисплей), который является секцией отображения, клавиатуру 402, которая является секцией ввода для введения чисел или тому подобного, микрофон 403, динамик 411 и тому подобное. Как показано на фиг.6, когда пользователь вводит свою речь через микрофон 403, чтобы выполнить обмен информацией с использованием портативного телефона 400, речевые сигналы передаются от антенны 408 через блок 404 широтно-импульсной модуляции/кодирования, блок модулятора/демодулятора 405, передатчик 406 и антенный переключатель 407.
С другой стороны, сигналы, передаваемые с эквивалентного телефона, принимаются антенной 408 и вводятся в блок 405 модулятора/демодулятора через антенный переключатель 407, фильтр 409 приемника и приемник 410. Кроме того, модулированные или демодулированные сигналы выводятся в динамик 411 в виде звука через блок 404 широтно-импульсной модуляции/кодирования. Обеспечен контроллер 412, чтобы управлять антенным переключателем 407, блоком 405 модулятора/демодулятора и т.п.
В дополнение к вышеупомянутым компонентам, контроллер 412 управляет ЖДК 401, который является секцией отображения, и клавиатурой 402, которая является секцией ввода для введения чисел или тому подобного, и дополнительно управляет устройствами RAM 413, ROM 414 и т.п. Таким образом, требуется более высокая точность. Кроме того, также имеется потребность в миниатюризации портативного телефона 400. Чтобы удовлетворять таким требованиям, используется описанный выше вибратор 20. Портативный телефон 400 также включает в себя в качестве своих составляющих блоков кварцевый генератор 415 колебаний с термостабилизацией, синтезатор 416 приемника, синтезатор 417 передатчика и т.д., и их описание опущено.
Фиг.7 изображает персональный компьютер (портативный персональный компьютер) 500 в качестве другого примера электронного устройства, имеющего генератор 300 колебаний, который использует вибратор 20 в соответствии с изобретением. Персональный компьютер 500 включает в себя секцию 501 отображения, секцию 502 клавиатуры для ввода данных и т.п., и описанный выше вибратор 20 используется в качестве генератора опорных тактовых импульсов для того, чтобы управлять его электрическим функционированием.
Поскольку генератор 300 колебаний, используемый в портативном телефоне 400 и персональном компьютере 500, имеет вибратор 20, в котором соотношение длины l утяжеленного участка 29 к длине L от основания колеблющегося плеча 22, прикрепленного к базовому участку 21, до верхнего конца устанавливается так, чтобы оно находилось в пределах диапазона 35-41%, генератор 300 колебаний имеет благоприятные вибрационные характеристики и имеет эффект подавления частоты до достаточно низкой величины без увеличения длины колеблющегося плеча 22, и эффект уменьшения термоупругих потерь и достаточного подавления уменьшения значения Q. Поэтому портативный телефон 400 и персональный компьютер 500 могут быть миниатюризированы и имеют высокую надежность.
В дополнение к вышеупомянутым примерам, примеры электронного устройства, имеющего генератор 300 колебаний в соответствии с изобретением, включают в себя цифровые фотоаппараты, выводящие устройства струйной печати (например, струйные принтеры), небольшие портативные компьютеры, телевизоры, видеокамеры, видеомагнитофоны, автомобильные навигационные устройства, пейджеры, электронные карманные книги (включая устройства с коммуникационными возможностями), электронные словари, калькуляторы, электронные игровые машины, текстовые процессоры, автоматизированные рабочие места, видеотелефоны, видеомониторы для наблюдения, электронные бинокли, терминалы для розничной торговли, медицинские устройства (например, электронные термометры, сфигмоманометры, приборы для измерения глюкозы, системы для измерения электрокардиограмм, устройства ультразвуковой диагностики и электронные эндоскопы), рыболокаторы, различные измерительные инструменты, различные индикаторы (например, индикаторы, используемые в транспортных средствах, самолетах и судах), имитаторы условий полета и т.п.
Хотя электронное устройство в соответствии с изобретением было описано на основании варианта осуществления, проиллюстрированного на чертежах, изобретение этими вариантами осуществления не ограничивается, и конфигурация соответствующих участков, модулей и секций может быть заменена любой конфигурацией, имеющей такую же функцию. Кроме того, к изобретению могут быть добавлены другие произвольно выбранные составляющие элементы. Например, хотя в описанном выше варианте осуществления был описан случай, в котором вибратор 20 имеет пару колеблющихся плеч 22 в качестве колеблющихся участков, количество колеблющихся плеч 22 может быть равным трем или более. Кроме того, вибратор 20 может быть вибратором стержневого типа, который имеет только одно колеблющееся плечо, имеющее базовый участок, служащий в качестве зафиксированного конца.
Кроме того, описанный вибратор 22 в варианте осуществления может быть применен к гиродатчику или тому подобному, в дополнение к генератору колебаний, такому как кварцевый генератор колебаний, управляемый напряжением (VCXO), кварцевый генератор колебаний с термостабилизацией (TCXO) или термостатированный кварцевый генератор колебаний (OCXO).
Изобретение может быть модифицировано различными способами, не выходя при этом за пределы его сущности. Например, в описанном выше варианте осуществления, эффект установления оптимального соотношения длины утяжеленного участка 29, чтобы обеспечить благоприятные вибрационные характеристики, который является признаком изобретения, был описан посредством вибратора 20, который колеблется в режиме изгибных колебаний генератора 300 колебаний, обеспеченного в электронном устройстве. Однако изобретение не ограничивается этим, и при обеспечении признака изобретения для вибратора, имеющего другие режимы колебаний, отличающиеся от режима изгибных колебаний, такие как режим крутильных колебаний или режим сдвижных колебаний, может быть получен такой же эффект, как получен в описанном выше варианте осуществления.
Выше вариант осуществления изобретения был описан относительно вибратора 20 так называемого камертонного типа, который имеет опорное плечо 30 только для поддерживания, продолжающееся от базового участка 21, и в котором два колеблющихся плеча 22 продолжаются параллельно от базового участка 21. Однако изобретение не ограничивается этим, и тот же эффект, полученный в описанном выше варианте осуществления, может быть получен в вибраторе без опорного плеча 30.
В описанном выше варианте осуществления был описан вибратор 20, изготовленный из пьезоэлектрического материала, в частности кварцевый вибратор, изготовленный из кварца. Однако изобретение не ограничивается этим, и такой же эффект, который был получен в описанном выше варианте осуществления, может быть получен в вибраторе, изготовленном из кремния или тому подобного, который является не пьезоэлектрическим материалом.