CN202713243U - 压电振动元件、具有压电振动元件的压电装置及电子设备 - Google Patents

压电振动元件、具有压电振动元件的压电装置及电子设备 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种压电振动元件、具有压电振动元件的压电装置及电子设备。压电基板(7)具有：振动臂(15a)、(15b)；对振动臂的一侧端部之间进行连接的基部(10)；分别被形成在振动臂(15a)、(15b)的另一侧端部，宽度较宽且形成了第一槽部(22a)～(24b)的锤部(20a)、(20b)；沿着振动臂(15a)、(15b)的振动中心线而被形成的第二槽部(17a)～(18b)，其中，弯曲-扭曲结合振动被激励。本实用新型的压电振动元件(1)以被激励的弯曲-扭曲结合振动中的弯曲振动为主振动，并分别设定压电基板(7)的切割角度、第一槽部以及第二槽部的宽度和深度、以及振动臂的厚度，以使其频率温度特性成为关于温度的三次特性。

Description

压电振动元件、具有压电振动元件的压电装置及电子设备
技术领域
本实用新型涉及压电振动元件、振动陀螺元件等，特别是涉及实现了小型化且改善了频率温度特性的压电振动元件、压电振子、压电振荡器、振动陀螺元件、振动陀螺传感器以及使用这些元件的电子设备。
背景技术
一直以来，对于便携式计算机、硬盘驱动器等小型信息设备和手机等的移动体通信设备中，作为标准频率源而广泛地使用压电装置。随着搭载压电装置的电子设备的小型化的发展，要求进一步使压电装置小型化。
在专利文献1中，公开了一种绕水晶的电轴(结晶轴之一)在0到-15°的范围内切割出的音叉型水晶振子。通过使在音叉型水晶振子中被激励的弯曲振动模式、扭曲振动模式各自的共振频率fF、fT相互接近且结合，从而成为改善了主振动的弯曲振动模式的频率温度特性的水晶振子。
一般情况下，水晶振子的频率温度特性Δf/f，以关于温度的多项式来表示，但实际上由三次式近似，其一次项系数～三次项系数由α、β、γ表示。弯曲振动模式的频率温度特性TfF，受扭曲振动模式的影响，而依赖于压电基板h。对于各种切割角度θ，设定厚度h，以使一次项系数α＝0，而且根据通过预先计算而求出的值来设定二次项系数β成为零的切割角度θ和厚度h。由此，公开了下述内容，即，频率温度特性TfF仅依赖于三次项系数γ，从而可得到温度特性良好的水晶振子。
而且，在专利文献2中，公开了一种在相互平行的多个振动臂的各个前端部设置宽度宽于振动臂的扩大部的音叉型压电振子。还记载有，此扩大部具有有底的孔，通过在此有底的孔中填充比重大于压电材料的材料而形成锤，从而实现了音叉型压电振子的小型化。
而且，在专利文献3中，公开了一种振动陀螺元件。振动陀螺元件具有：基部、从基部起以直线状向两侧延伸的一对检测用振动臂、从基部起向两侧沿与检测用振动臂正交的方向延伸的一对连结臂、从各个连结臂的前端部起与之正交且向两侧延伸的各一对的驱动用振动臂。而且，被构成为，在同一平面上设置从基部起沿着各个检测用振动臂延伸的两对梁、和连结了在该方向上延伸的各个梁的一对支承部，并且在检测用振动臂的延伸方向且检测用振动臂的外侧，并且于所述驱动用振动臂之间配置支承部。
但是，专利文献1中所记载的、通过使弯曲振动模式和扭曲振动模式各自的频率接近且相互结合从而改善了频率温度特性的音叉型压电振子，存在难以实现小型化的问题。
而且，专利文献2中记载的音叉型压电振子虽然通过在振动臂的前端部形成锤部从而能够实现小型化，但频率温度特性为二次特性，从而在频率稳定性上存在问题。
而且，专利文献3中记载的振动陀螺元件存在由于温度变化而使角速度的灵敏度发生变化的问题。
专利文献1：日本特开昭55-75326号公报
专利文献2：日本特开2004-282230公报
专利文献3：日本特开2010-2430公报
实用新型内容
本实用新型是为了解决上述问题而作出的，其提供实现了小型化和频率温度特性的改善的压电振动元件、压电振子、压电振荡器、振动陀螺传感器以及使用这些元件的电子设备。
本实用新型是为了解决上述课题中的至少一部分而作出的，并能够作为以下的方式或应用例而实现。
应用例1
本实用新型所涉及的压电振动元件的特征在于，包括：多个振动臂；基部，其对各个该振动臂的一侧端部之间进行连接；锤部，其分别与各个所述振动臂的另一侧端部连接，且宽度宽于各个该振动臂的另一侧端部的宽度；压电基板，其至少具有：在所述锤部的表面以及背面中的至少一个面上沿着所述振动臂的长度方向延伸的第一槽部、以及分别存在于各个所述振动臂的表背面的第二槽部；激励电极，其分别被形成在所述锤部的表背面和包含各个所述第二槽部的各个所述振动臂的表背面以及两侧面上，且分别与设置于所述基部上的多个电极衬垫之间进行电连接，并且进行弯曲-扭曲结合振动，所述压电振动元件的频率温度特性为关于温度的三次特性。
在音叉型压电振动元件的各个振动臂的前端部分别形成锤部，并在该锤部的表背面上形成沿着振动臂的长度方向以直线状延伸的第一槽部，且在各个振动臂的沿着振动中心线的表背面上分别形成第二槽部。当以此种方式构成时，能够使在音叉型压电振动元件中被激励的弯曲振动和扭曲振动接近且结合。弯曲-扭曲结合振动的弯曲振动的频率温度特性成为关于温度的三次特性，从而具有如下效果，即，具有优良的温度特性，且可得到被小型化的压电振动元件。
应用例2
而且，应用例1所述的压电振动元件的特征在于，所述基部包括：基部主体，其具有与所述振动臂的所述一侧端部相连接的一端；连结部，其连接于与和该基部主体的所述振动臂相连接的一端对置的一侧的另一端；支承臂，其通过该连结部而被连接，且远离所述基部主体而延伸。
压电振动元件的基部具有基部主体、连结部、L字状以及反L字状的各个支承臂，且通过将L字状以及反L字状的各个端部彼此连接在一起，并将此连接部通过连结部而连接于基部主体的一侧的端部中央。因此，能够减少从振动臂向各个支承臂泄漏的振动能量，从而CI值变小，且耐冲击性被改善。其结果为，具有可得到不会产生由于冲击而导致的欠缺、破损等而引起的频率变动的压电振动元件的效果。
应用例3
而且，应用例1或2所述的压电振动元件的特征在于，所述压电基板由水晶板构成，并且所述水晶板的主平面的法线相对于水晶结晶的光学轴，绕水晶结晶的电轴以0度到-15度的范围内的角度倾斜。
压电基板的切割角度构成绕电轴(X轴)在0度到-15度的范围内被旋转的音叉型压电振动元件。当选择这种切割角度时，能够将表示弯曲-扭曲结合振动的频率温度特性的多项式的一次项系数以及二次项系数设定为几乎为零，从而具有可得到优良的温度特性的压电振动元件的效果。
应用例4
而且，应用例1至3中任意一个应用例所述的压电振动元件的特征在于，所述第一槽部具有沿着所述长度方向分隔排列的多个槽。
通过构成以上述方式而形成了第一槽部的压电振动元件，从而弯曲-扭曲结合振动的弯曲振动的频率温度特性成为关于温度的三次特性，由此具有可得到具有优良的温度特性的压电振动元件的效果和能够在锤部的平坦面上形成对激励电极之间进行电连接的引线电极的优点。
应用例5
而且，应用例1至3中任意一个应用例所述的压电振动元件的特征在于，所述第一槽部从所述锤部的前端边缘延伸到所述锤部的中间部，且被形成在关于所述振动臂的振动中心线线对称的所述锤部的表背面的位置上。
通过构成以上述方式而形成了第一槽部的压电振动元件，从而弯曲-扭曲结合振动的主振动的弯曲振动的频率温度特性成为关于温度的三次特性，从而具有改善温度特性的效果和能够在锤部的平坦面上形成对激励电极之间进行电连接的引线电极的优点。
应用例6
而且，应用例1至3中任意一个应用例所述的压电振动元件的特征在于，所述第一槽部与所述第二槽部连续形成，且该第一槽部的前端部延伸到所述锤部的前端边缘，并且被形成在关于所述振动臂中心线线对称的所述锤部的表背面的位置上。
通过构成以上述方式而形成了第一槽部的压电振动元件，从而弯曲-扭曲结合振动的弯曲振动的频率温度特性成为关于温度的三次特性，由此具有改善压电振动元件的温度特性的效果和容易形成第一以及第二槽部形成用掩膜的优点。
应用例7
而且，应用例5所述的压电振动元件的特征在于，所述第一槽部被形成为，其至少一部分的宽度宽于所述第二槽部。
通过构成以上述方式而形成了第一槽部的压电振动元件，从而弯曲-扭曲结合振动的弯曲振动的频率温度特性成为关于温度的三次特性，由此具有改善压电振动元件的温度特性的效果、和通过适当地设定第一槽部的宽度从而使弯曲振动频率与扭曲振动频率的结合变得容易的优点。
应用例8
本实用新型所涉及的压电振子的特征在于，具备应用例1至6中任意一个应用例所述的压电振动元件、和搭载该压电振动元件的绝缘基板。
通过使在音叉型压电振动元件中被激励的弯曲振动和扭曲振动相互接近，并在绝缘基板中收纳弯曲-扭曲结合振动被激励的音叉型压电振动元件，以构成压电振子，从而具有可得到小型且Q值较高、频率温度特性优良的压电振子的效果。
应用例9
本实用新型所涉及的压电振荡器的特征在于，具备应用例1至6中任意一个应用例所述的压电振动元件、激励该压电振动元件的IC部件、和气密密封所述压电振动元件且收纳所述IC部件的封装件。
通过构成具有使弯曲振动与扭曲振动相互接近，且弯曲-扭曲结合振动被激励的音叉型振动元件、IC部件和收纳这些元件的封装件的压电振荡器，从而具有可得到小型且频率温度特性优良的压电振荡器。
应用例10
本实用新型涉及的陀螺振动螺元件的特征在于，应用例1所述的压电振动元件具备从所述基部连接的、用于检测角速度的检测用振动臂。
构成如下的振动陀螺元件，即，在各个驱动臂用振动臂的前端部分别形成锤部，并在该锤部的表背面上形成沿着振动臂的长度方向以直线状延伸的第一槽部，且在各个驱动臂用振动臂的沿着振动中心线的表背面上分别形成第二槽部。当构成这种振动陀螺元件时，在各个驱动臂用振动臂中被激励的弯曲-扭曲结合振动中的主振动即弯曲振动的频率温度特性将成为关于温度的三次特性，从而具有如下效果，即，具有优良的温度特性，且可得到小型的振动陀螺元件的效果。
应用例11
振动陀螺传感器的特征在于，包括应用例10所述的振动陀螺元件和收纳该振动陀螺元件的封装件。
应用例12
本实用新型涉及的压电振动元件的特征在于，具备：压电基板，所述压电基板具有：多个振动臂；对各个该振动臂的一侧端部之间进行连接的基部；分别被形成于各个所述振动臂的另一侧端部且宽度宽于各个该振动臂的锤部；分别形成在所述各振动臂的沿振动中心的表面以及背面上的槽部；激励电极，其分别被形成在所述锤部的两面和包含各个所述槽部内在内的各个所述振动臂的表背面以及两侧面上，且分别与设置于所述基部的多个电极衬垫之间进行电连接，各个所述锤部具备质量部，以在沿着振动中心的两侧具有较大的质量，所述质量部被构成为关于所述振动中心对称，将在所述压电振动元件中被激励的弯曲-扭曲结合振动中的弯曲振动设定为主振动，分别设定所述压电基板的厚度以及切割角度、和各个所述质量部以及槽部的宽度和深度，以使频率温度特性成为关于温度的三次特性。
所述压电振动元件(音叉型压电振动元件)在各个振动臂的前端部分别形成锤部，在此锤部上以沿着振动中心而在两侧对称的方式配置具有较大的质量的质量部。而且，在各个振动臂上，沿着振动中心而于表背面上分别形成槽部。当以这种方式构成时，在音叉型压电振动元件中被激励的弯曲振动以及扭曲振动相互接近且结合。当分别适当地设定压电基板的厚度以及切割角度、和各个质量部以及各个槽部的形状时，弯曲·扭曲结合振动的主振动即弯曲振动的频率温度特性将成为关于温度的三次特性，从而具有如下效果，即，具有优良的温度特性，且可得到被小型化的压电振动元件。
应用例13
而且，应用例12所述的压电振动元件的特征在于，所述压电基板的切割角被设定在绕电气轴从0度到-15度的范围内。
所述压电基板的切割角度构成绕电轴(X轴)在0度到-15度的范围内被旋转的压电振动元件(音叉型压电振动元件)。当设定这种切割角度，并适当地设定压电基板的厚度等时，能够将表示弯曲·扭曲结合振动的主振动的频率温度特性的多项式的一次项系数以及二次项系数设定为几乎为零，从具有可得到优良的温度特性的压电振动元件的效果。
应用例14
而且，应用例12或13所述的压电振动元件的特征在于，各个所述锤部通过在其前端边缘的中央部设置关于所述振动中心对称的切口部，从而形成凹形形状。
通过在各个锤部的前端边缘中央部设置关于振动中心对称的切口部，从而能够使在压电振动元件中被激励的弯曲振动(音叉振动)以及扭曲振动相互接近且结合。通过适当地设定各个参数，从而具有能够将弯曲·扭曲结合振动的弯曲振动的频率温度特性设定为三次特性的效果。
应用例15
而且，应用例14所述的压电振动元件的特征在于，在与所述切口部相比更靠近所述振动臂的所述锤部的表面内，形成有关于所述振动中心对称的贯穿孔。
通过减小所述切口部，并与贯穿孔相结合，以沿着振动中心而在两侧对称的方式设置质量部，且在两质量部之间设置桥连部，从而加强锤部。同时，能够使弯曲振动(音叉振动)以及扭曲振动相互接近且结合。通过适当地设定各个参数，从而具有能够将弯曲·扭曲结合振动的弯曲振动的频率温度特性设定为三次特性的效果。
应用例16
而且，应用例12或14所述的压电振动单元的特性在于，各个所述锤部在其表面的中央部具有关于振动中心对称的贯穿孔。
虽然通过在中央部设置所述贯穿孔，从而增加锤部的强度，但多少减少了弯曲振动的频率变化。但是，当稍微增大贯穿孔的面积时，则能够弥补频率的减小。此时，也能够使弯曲振动(音叉振动)以及扭曲振动相互接近且结合。通过适当地设定各个参数，从而具有能够将弯曲·扭曲结合振动的弯曲振动的频率温度特性设定为三次特性的效果。
应用例17
而且，应用例12或13所述的压电振动元件的特征在于，各个所述锤部在基部侧一端设置关于振动中心对称的贯穿孔，且该贯穿孔与各个所述振动臂的槽部相连接。
虽然当在所述锤部的基部侧一端设置贯穿孔时，多少减少了弯曲振动的频率变化，但由于延伸振动臂的槽部，从而扭曲振动的频率减小，由此能够使两个振动接近且结合。通过适当地设定各个参数，从而具有能够将弯曲·扭曲结合振动的弯曲振动的频率温度特性设定为三次特性的效果。
应用例18
而且，应用例12至17所述的压电振动元件的特征在于，所述基部具有：基部主体、在该基部主体的所述振动臂的相反侧的另一端边缘中间部设置的连结部、通过该连结部而被连接且远离所述基部主体而延伸的左右一对支承臂。
所述压电振动元件(音叉型压电振动元件)的基部具有基部主体、连结部、L字状以及反L字状的各个支承臂。基部被构成为，将L字状以及反L字状的各端部之间连接在一起，并且此连接部通过连结部而与基部主体的一侧端部中央相连接。因此，能够减少从振动臂向各个支承臂泄漏的振动能量，从而CI值变小，且由于基部的结构而使冲击被缓和，因此耐冲击性被改善。其结果为，具有可得到不会产生由于冲击而导致的欠缺、破损等所引起的频率变动的压电振动元件的效果。
应用例19
本实用新型所涉及的压电振子的特征在于，具有应用例12至18中任意一个应用例所述的压电振动元件、和收纳该压电振动元件的封装件。
将使在所述压电振动元件(音叉型压电振动元件)中被激励的弯曲振动以及扭曲振动相互接近，从而弯曲·扭曲结合振动被激励的音叉型压电振动元件收纳在绝缘基板内，从而构成压电振子。其结果为，具有可得到小型且Q值较高、耐冲击性和频率温度特性优良的压电振子的效果。
应用例20
本实用新型涉及的压电振荡器的特征在于，具有应用例12至18中任意一个应用例所述的压电振动元件、搭载了激励该压电振动元件的振荡电路的IC部件、气密密封所述压电振动元件且收纳所述IC部件的封装件。
通过构成如下的压电振荡器，即，具有使弯曲振动和扭曲振动相互接近从而弯曲·扭曲结合振动被激励的压电振动元件(音叉型压电振动元件)、使此压电振动元件振荡的IC部件、收纳这些元件的封装件，从而具有可得到小型且频率温度特性优良的压电振荡器的效果。
应用例21
本实用新型涉及的振动陀螺元件的特征在于，具有：基部、从该基部相对置的两端边缘起在同一直线上分别突出设置的一对检测用振动臂、从所述基部相对置的另外两端边缘分别在与所述检测用振动臂正交的方向上于同一直线上突出设置的一对连结臂、从各个所述连结臂的前部起分别与之正交的两个方向分别突出设置的各一对的驱动用振动臂、分别至少被形成在一对所述检测用振动臂和各一对的所述驱动用振动臂上，且设置于所述基部的多个的电极衬垫之间分别电连接的激励电极，其中，各个所述驱动用振动臂在其表背面上具有沿着各个振动臂的长度方向以直线状延伸的槽部，且在前端部分别具有宽度宽于各个振动臂的锤部，各个所述锤部具有沿着振动中心而在两侧对称的质量部，将在所述驱动用振动臂中被激励的弯曲-扭曲结合振动中的弯曲振动作为主振动，并分别设定所述振动陀螺元件的基板的切割角度和所述质量部以及槽部的宽度和深度，以使频率温度特性成为关于温度的三次特性。
构成如下的振动陀螺元件，即，在各个驱动用振动臂的前端部分别形成锤部，并在该锤部以沿着振动臂的长度方向而关于振动中心对称的方式形成切口部，且在各个驱动用振动臂的沿着振动中心的表背面上分别形成槽部。当以此种方式构成时，在各个驱动用振动臂中被激励的弯曲·扭曲结合振动的主振动即弯曲振动的频率温度特性成为关于温度的三次特性，从而具有如下效果，即，具有优良的温度特性，且可得到小型的振动陀螺元件。
应用例22
本实用新型所涉及的振动陀螺传感器的特征在于，具有应用例21所述的振动陀螺元件、和收纳该振动陀螺元件的封装件。
当在封装件内收纳振动陀螺元件而构成振动陀螺传感器时，将具有如下效果，即，改善了在各个驱动用振动臂中被激励的弯曲·扭曲结合振动的主振动的频率温度特性，且通过设置锤部，从而可得到被小型化的振动陀螺传感器。
应用例23
本实用新型所涉及的电子设备的特征在于，具有应用例19所述的压电振子或应用例22所述的振动陀螺传感器。
通过构成具有上述压电振子的电子设备，从而具有电子设备的频率源的稳定被改善的效果。而且，通过构成具有所述振动陀螺传感器的电子设备，从而具有能够减少由于温度而引起的角速度的灵敏度变化的效果。
当以上述方式构成振动陀螺传感器时，将具有如下的效果，即，改善了在各个驱动用振动臂中被激励的弯曲-扭曲结合振动的主振动的频率温度特性，且可得到由于设置锤部而被小型化的振动陀螺传感器。
应用例24
本实用新型所涉及的电子设备的特征在于，具有应用例8所述的压电振子或应用例11所述的振动陀螺传感器。
通过以上述方式构成具有压电振子的电子设备，从而具有电子设备的频率源的稳定被改善的效果。而且，通过构成具有以上的振动陀螺传感器的电子设备，从而具有能够减少由于温度而引起的角速度的灵敏度变化的效果。
附图说明
图1(a)为表示本实用新型所涉及的压电振动元件的结构的示意俯视图，图1(b)为振动臂的剖视图。
图2为设置于振动臂的前端部处的锤部的剖视图。
图3(a)～图3(c)为分别表示锤部的改变例的俯视图。
图4(a)为表示在梁的前端部形成槽时的弯曲振动、扭曲振动各自的频率变化的说明图，图4(b)为表示在梁的中央部形成槽时的弯曲振动、扭曲振动各自的频率变化的说明图，图4(c)为改变梁的板厚时的弯曲振动、扭曲振动各自的频率变化的说明图。
图5(a)、图5(b)为在锤部的表背面上设置凹部时的俯视图，图5(c)为在锤部的前端部的表背面上设置槽时的俯视图。
图6为表示图5(a)～图5(c)所分别对应的弯曲振动、扭曲振动的共振频率以及共振频率差(Δf)的图。
图7(a)为表示音叉振动(弯曲振动)的频率温度特性的图，图7(b)为表示扭曲振动的频率温度特性的图，图7(c)为表示弯曲-扭曲结合振动的频率温度特性的图。
图8为表示改变振动臂的板厚h时的、弯曲振动和扭曲振动的结合的图。
图9(a)为表示弯曲-扭曲结合振动的、板厚h与弯曲振动以及扭曲振动各自的一次项系数、二次项系数之间的关系的图，图9(b)为其主要部分放大图。
图10为使用了弯曲-扭曲结合振动的压电振子的剖视图。
图11为压电振荡器的剖视图。
图12(a)为振动陀螺传感器的俯视图，图12(b)为剖视图，图12(c)为说明动作的模式图。
图13为电子设备的模式图。
图14(a)为表示本实用新型所涉及的其他实施方式中的压电振动元件的结构的示意俯视图，图14(b)为振动臂的剖视图。
图15为表示被连接于振动臂的前端部的锤部的改变例的俯视图。
图16为表示锤部的改变例的俯视图。
图17为表示锤部的改变例的俯视图。
图18(a)～图18(e)为在锤部上形成的切口部、贯穿孔的俯视图，图18(f)为与切口部具有相同面积的槽部的俯视图。
图19为表示在具有图18(b)的形状的切口部的音叉型压电振动元件和与具有面积与切口部相同的槽部的音叉型振动元件中分别被激励的、弯曲振动以及扭曲振动的频率和频率差的图。
图20为表示在具有图18(c)的形状的贯穿孔的音叉型压电振动元件和具有面积与贯穿孔相同的槽部的音叉型振动元件中分别被激励的、弯曲振动以及扭曲振动的频率和频率差的图。
图21为表示在具有图18(d)的形状的切口部以及贯穿孔的音叉型压电振动元件和具有面积与切口部以及贯穿孔相同的槽部的音叉型振动元件中被分别激励的、弯曲振动以及扭曲振动的频率和频率差的图。
图22为表示在具有图18(e)的形状的与细贯穿孔连接的槽部的音叉型压电振动元件和具有面积与连接于细贯穿孔的槽部相同的槽部的音叉型振动元件中被分别激励的、弯曲振动以及扭曲振动的频率和频率差的图。
图23为表示在具有图18(b)～图18(e)的形状的锤部的音叉型压电振动元件中被激励的、弯曲振动以及扭曲振动的频率和频率差的图。
图24为通过模拟而求出仅具有基部主体的音叉型压电振动元件、和具有具备支承臂的基部的音叉型压电振动元件的振动泄漏的图。
具体实施方式
以下，根据附图而详细地说明本实用新型的实施方式。图1(a)、图1(b)为表示本实用新型的一个实施方式所涉及的压电振动元件(音叉型水晶振动元件)1的结构的示意俯视图。压电振动元件1具有平板状的压电基板7、在压电基板7的表背面以及侧面上形成的薄膜电极25。
如图1(a)所示，压电基板7具有：相互并行(平行)且以直线状延伸的窄带状的多个(本实施例中，为两个)振动臂15a、15b；对各个振动臂15a、15b的一侧端部(基端部)之间进行连接的基部10；与各个振动臂15a、15b的另一侧端部(前端部)分别连接而一体形成，且宽度宽于各个振动臂15a、15b的所述另一侧端部的宽度的锤部20a、20b；分别被形成在各个振动臂15a、15b的沿着振动中心线C的表面以及背面上的第二槽部17a(17b)、18a(18b)。
锤部20a、20b在沿着振动中心线C的表面及背面中的至少一侧的面(本示例为在两面)上，具有沿着各个振动臂15a、15b的长度方向(沿着连结振动臂的一侧端部与另一侧端部的线段的延伸方向)以直线状延伸的有底的第一槽部22a(22b)、24a(24b)。在图2、图3(a)至图3(c)中，22b、24b表示分别被形成在锤部20a、24a的背面上的第一槽部。
并且，振动中心线C是指从振动臂的重心穿过的、在振动臂的长度方向上延伸的线。
图1(b)所示的薄膜电极25具有激励电极30、32、34、36，所述激励电极30、32、34、36分别被形成在锤部20a、20b各自的表背面以及第一槽部22a、22b、24a、24b上，和如图1(b)所示的包括各个第二槽部17a(17b)、18a(b)内部在内的各个振动臂15a、16b的表背面以及侧面上，并且分别通过引线电极(未图示)而与甚至在基部10上的多个电极衬垫(未图示)之间电连接。薄膜电极25使用蒸镀法或阴极真空喷镀法而在真空装置中形成。并且，在仅通过于第一槽部22a、22b、24a、24b内附着密度较大的金属，例如金、铜等，来发挥作为锤部20a、20b的功能时，并不一定需要在锤部20a、20b的平坦面上形成电极。
为了减少振动泄漏和改善耐冲击性，图1(a)所示的基部10具有：基部主体12a；设置在基部主体12a的振动臂15a、15b的相反侧的另一端边缘中间部(与振动臂相连接的一端的对置侧的另一端)处的宽度较窄的连结部12d；通过连结部12d而被连接，且从以远离基部主体12a的状态沿着宽度方向延伸的前端起，隔着振动臂15a、15b而沿着长度方向延伸的左右一对的支承臂12b、12c。也就是说，这是一个基部的示例，其中，L字状的支承臂12b的基端部与反L字状的支承臂12c的基端部被连接在一起，此连接部分通过连结部12d而与基部主体12a的一侧端部边缘中央相连结并形成コ字状，在基部主体12a的另一侧端部边缘上连结有各个振动臂15a、15b的基端部。
虽然在图1的实施方式中，说明如下，即，基部10具有基部主体12a、连结部12d、左右一对的支承臂12b、12c，但也可以只有基部主体12a。
而且，各个振动臂15a、15b从基部主体12a的端部起隔开间隔而相互平行地延伸，并且在各个振动臂15a、15b的前端部，分别一体化地连接设置有宽度宽于振动臂15a、15b的另一侧端部的宽度的锤部20a、20b。
压电基板7在例如使用水晶基板时，使用绕电轴(X轴)旋转0°至-15°而切割Z板(以与光学轴(Z轴)垂直的方式切割出的基板)所得到的基板。并且，压电基板7的外形，锤部20a、20b的第一槽部22a、22b、24a、24b，各个振动臂15a、15b的第二槽部17a(17b)、18a(18b)，通过使用了光刻技术的蚀刻加工而形成。
图1(b)为沿图1(a)中的P-P线的剖视图，且为表示分别被形成在各个振动臂15a、15b上的激励电极30、32、34、36的配置的图。激励电极30、34被形成在各个槽部17a(17b)、18a(18b)的表面以及侧面上，而激励电极32、36被形成在各个振动臂15a、15b的各自的两侧面上。
激励电极30、36和激励电极32、34经由所述电极衬垫而被施加了符号互不相同的电压。也就是说，在向激励电极30、36施加正电压时，向激励电极32、34施加负电压，从而产生如图1(b)的箭头所示的电场，由此关于从压电振动元件1的重心穿过的中心线Cg对称的音叉振动(弯曲振动)被激励。
并且，通过形成槽部17a(17b)、18a(18b)，从电场强度增强，由此能够进一步有效地激励音叉振动。即，能够减小压电振动元件的CI(晶体阻抗)。
图2为沿图1(a)中的Q-Q线的剖视图。如图1(a)中的俯视图、图2中的剖视图所示，锤部20a、20b为矩形平板状，第一槽部22a、22b、24a、24b被分隔配置在沿着各个振动臂15a、15b的长度方向的锤部20a、20b的两端部，且关于振动中心线C线对称，并具有前端侧的第一槽部以及基端侧的第一槽部。
图3(a)～图3(c)为表示第一槽部22a、22b、24a、24b的改变例的俯视图。并且，如图1(a)所示，由于锤部20a、20b为相同形状，因而使用一个锤部20a来进行说明。图3(a)所示的第一槽部22a(22b)从锤部20a的振动臂15a的长度方向前端边缘延伸到长度方向中间部，且被形成为关于振动中心线C线对称。
图3(b)所示的第一槽部22a(22b)中，第一槽部22a(22b)的基端部与第二槽部17a(17b)的前端部连续形成，且第一槽部22a(22b)的前端部延伸到锤部20a的前端边缘，并且被形成为关于振动中心线C线对称。
图3(c)所示的第一槽部22a(22b)被形成为，其至少一部分的宽度宽于第二槽部17a(17b)的宽度。
在压电振动元件1中，以关于从其重心穿过的振动臂15a、15b方向上的中心线Cg相互对称的方式振动的弯曲振动、和关于中心线Cg相互对称的扭曲振动被激励。通过适当地形成激励电极，从而能够选择哪种振动模式为主振动。图1(a)、图1(b)为将音叉振动(弯曲振动)作为主振动模式的实施例。
作为本实用新型的压电振动元件的一个示例，使用绕电轴(X)旋转θ(0度至-15度的范围)而切割水晶Z板所得到的基板，来形成压电振动元件1。在各个振动臂15a、15b上形成第二槽部17a、17b、18a、18b，且在设置于各个振动臂15a、15b的前端部处的锤部20a、20b的表背面上，形成第一槽部22a、22b、24a、24b。
也就是说，通过适当地选定切割角度θ，第一槽部22a、22b、24a、24b，和第二槽部17a、17b、18a、18b，从而使在压电振动元件1中被激励的弯曲振动(音叉振动)以及扭曲振动的共振频率fF、fT相互接近，以使两种振动模式结合，由此改善主振动的弯曲振动的频率温度特性，且构成实现了小型化的音叉型水晶振动元件。
使用图4(a)～图4(c)，对使本实用新型的压电振动元件的弯曲振动以及扭曲振动各自的共振频率fF、fT相互接近的方法进行说明。
图4(a)～图4(c)为定性地对如下内容进行定性说明的图，即，在压电振动元件(音叉型压电振动元件)中被激励的弯曲振动的共振频率fF和扭曲振动的共振频率fT，根据锤部20a、20b的第一槽部22a(22b)、24a(24b)和振动臂15a、15b的第二槽部17a、17b以及振动臂15a、15b的厚度h，是如何发生变化的。并且，图4(a)、图4(b)的横轴的A、B表示梁(振动臂)15的形状，A为在梁15上形成槽之前的情况，B为形成了槽的情况。图4(c)为改变了梁15的板厚的情况。
将在形成槽部之前的梁15中被激励的弯曲振动以及扭曲振动的共振频率设为fF、fT，并将在梁15的前端部形成了槽部22a(22b)时的共振频率分别设为fF’、fT’。如图4(a)所示，当在梁(振动臂)15的前端部形成槽部22a(22b)时，虽然弯曲振动、扭曲振动各自的共振频率f’F、f’T均上升，但相对于扭曲振动的频率增幅dfT＝(f’T-fT)，弯曲振动的频率增幅dfF＝(f’F-fF)较大。
另一方面，如图4(b)所示，当在梁(振动臂)15的中央部形成槽部17a(17b)时，虽然扭曲振动、弯曲振动的共振频率f’T、f’F均降低，但扭曲振动的频率减幅dfT＝(fT-f’T)大于弯曲振动的频率减幅dfF＝(fF-f’F)。
而且，如图4(c)所示，当增加梁15的板厚h时，虽然弯曲振动的频率f’F较原来的频率fF有稍许减小，但扭曲振动的共振频率f’T较原来的频率fT有所增加。
如上文所述，通过适当地选择在梁(振动臂)15上形成的槽部的位置、梁(振动臂)15的厚度，从而能够使弯曲振动、扭曲振动各自的共振频率接近。
图5(a)～图5(c)为不改变压电振动元件1的外形形状而仅改变在锤部20a、20b的表背面上形成的凹部、槽部时的锤部20a、20b的俯视图。图5(a)、图5(b)为，在锤部20a、20b的表背面的中央部处，以沿着振动臂15a、15b的长度方向，且关于振动中心线C线对称的方式形成了相对置的凹部21a(21b)、21’a(21’b)的示例。图5(b)中的凹部21a(21b)、21’a(21’b)的面积被形成为，大于图5(a)中的凹部21a(21b)、21’a(21’b)的面积。图5(c)为，在锤部20a、20b的表背面上，从前端到中央部，以沿着振动臂15a，15b的长度方向，且关于振动中心线C线对称的方式形成了槽部22a(22b)、24a(24b)的示例。
图6为，通过利用了有限元法的模拟，而求出了在具有图5(a)～图5(c)所示的形状的锤部20a、20b的压电振动元件1中被激励的、弯曲振动以及扭曲振动各自的共振频率fF、fT和频率差Δf＝(fT-fF)的图。纵轴左侧表示共振频率fF、fT，纵轴右侧表示频率差Δf。横轴与具有图5(a)～图5(c)所示的形状的锤部20a、20b的压电振动元件1相对应，而用符号a、b、c表示。
当比较图6中的a和b各自的共振频率时，可知在不改变压电振动元件1的外形形状而改变锤部20a、20b的凹部的大小时，凹部的面积较大的一方，频率差Δf变小。这一现象可以从以下情况得到说明，即，如图4(a)所示，当减少梁(振动臂)15的前端部的质量时，弯曲振动的频率的上升将大于扭曲振动的频率的上升，从而频率差Δf＝(fT-fT)将减少。而且，通过图4(a)也可以说明，与a的弯曲振动的频率相比，b的弯曲振动的频率增高。
图6中的c以在锤部20a、20b的前端部形成了槽部22a(22b)、24a(24b)的示例，表示能够进一步减小频率差Δf＝(fT-fT)的情况。通过减小频率差Δf＝(fT-fT)，例如当将Δf/((fT-fT)/2)的值设定为10％以下时，弯曲振动与扭曲振动的结合变得紧密，从而作为主振动的弯曲振动的频率温度特性被改善。
图7(a)至图7(c)利用图而定性地表示，通过使在压电振动元件1中被激励的弯曲振动与扭曲振动相互结合，从而改善主振动的弯曲振动的频率温度特性的状况。一般情况下，水晶振子的频率温度特性Δf/f(＝(f-f0)/f，f0为在预定温度下的频率)可以由如式(1)这样由温度T的多项式来表示。
Δf/f＝α(T-T0)+β(T-T0)2+γ(T-T0)3+··  (1)
图7(a)为主振动即弯曲振动的频率温度特性，呈关于温度的二次曲线。图7(b)为扭曲振动的频率温度特性，频率Δf/f由关于温度的一次式近似。图7(c)为表示使弯曲振动与扭曲振动结合时的主振动即弯曲振动的频率温度特性的图。通过在主振动的弯曲振动上结合扭曲振动，从而能够将表示弯曲振动的频率温度特性的多项式Δf/f的一次项系数α和二次项系数β设定为几乎为零，从而主振动的弯曲振动的频率温度特性能够由三次项系数γ近似，如图7(c)所示，在包括常温在内的所需的温度范围内，呈三次曲线(三次特性)。
图8为表示通过模拟而求出，在改变压电振动元件1(音叉型水晶振动元件)的振动臂15a、15b的板厚h时，弯曲振动与扭曲振动之间的结合程度的图。弯曲振动的共振频率fF关于厚度h近乎平坦，随着h的增加而稍许减少。
另一方面，扭曲振动的共振频率fT对应于厚度h的增加，以大致呈正比的方式增加。在图8的示例中，可知通过稍薄于86μm的板厚h，结合将增大。
图9(a)为通过模拟而求出在压电振动元件1中被激励的弯曲振动的一次项系数α、二次项系数β和扭曲振动的一次项系数α’、二次项系数β’，并对其进行表示的图。分别用菱形◆和方形■表示弯曲振动的一次项系数α和二次项系数β，而分别用空心菱形◇和空心方形□表示扭曲振动的一次项系数α’和二次项系数β’。通过图9(a)可知，扭曲振动的一次项系数α’大于其他的系数。也就是说，在扭曲振动中，一次项系数α’是支配性的。
而且，在图9(a)、图9(b)的示例中，可知弯曲振动的一次项系数α、二次项系数β在振动臂15a、15b的板厚h处于84μm到85μm的范围内时变为极小。
图9(b)为相对于板厚h，而表示在使振动臂15a、15b的板厚h于82μm到86μm的范围内发生变化时的弯曲振动、扭曲振动各自的一次项系数、二次项系数α、β、α’、β’的图。在图9(b)的示例中，判明了弯曲振动的一次项系数α和二次项系数β在板厚h＝84.5μm附近均几乎为零。而且，可知扭曲振动的二次项系数β’在板厚h＝84.5μm附近也几乎为零。
也就是说，在图9(a)、图9(b)的压电振动元件1的示例中，通过将板厚h设定为84.5μm，从而能够使主振动即弯曲振动的频率温度特性的一次项系数α、二次项系数β均为零。因此，弯曲振动的频率温度特性呈三次曲线，从而频率温度特性被大幅度地改善，且通过设置锤部20a、20b而缩短了振动臂，从而得到了小型的压电振动元件1。
而且，通过向形成在锤部20a、20b的表背面上的电极、形成在第一槽部22a、22b、24a、24b内的电极、形成在振动臂15a、15b上的电极照射激光，从而能够实施对在音叉型压电振动元件中被激励的弯曲振动和扭曲振动的结合度的微调节。
而且，当考虑由于下落冲击等而引起的频率变动时，有时最好避开锤部的表背面的电极(特别是前端部)，而仅在第一槽部内形成锤用的电极。
如图1所示，本实用新型的压电振动元件(音叉型压电振动元件)1在各个振动臂的前端部处分别形成锤部，并在该锤部的表背面上形成沿着振动臂的长度方向以直线状延伸的第一槽部，且沿着各个振动臂的振动中心线在表背面上分别形成第二槽部。当以此种方式构成时，能够使在音叉型压电元件1中被激励的弯曲振动与扭曲振动接近且结合。弯曲-扭曲结合振动的主振动即弯曲振动的频率温度特性成为关于温度的三次特性，从而具有如下的效果，即，具有优良的温度特性且可得到被小型化的压电振动元件。
而且，如图1(a)所示，压电振动元件(音叉型压电振动元件)1的基部具有基部主体、连结部、和L字状以及反L字状的各个支承臂，且通过将L字状以及反L字状的各个端部彼此连接在一起，并将此连接部通过连结部而连接于基部主体的一侧的端部中央而构成。因此，能够减少从振动臂向各个支承臂泄漏的振动能量，从而CI值变小，且耐冲击性被改善。其结果为，具有可得到不会产生由于冲击所导致的欠缺、破损等而引起的频率变动的压电振动元件的效果。
而且，图1(a)所示的压电基板7的切割角度构成绕电轴(X轴)在0度到-15度的范围内被旋转的压电振动元件(音叉型压电振动元件)1。当以此种方式选择切割角度时，能够将表示弯曲-扭曲结合振动的频率温度特性的多项式的一次项系数以及二次项系数设定为几乎为零，从而具有可得到优良的温度特性的压电振动元件的效果。
而且，通过构成如图1(a)所示这样形成第一槽部22a～24b的压电振动元件1，从而弯曲-扭曲结合振动的弯曲振动的频率温度特性成为关于温度的三次特性，由此具有可得到具有优良温度特性的压电振动元件的效果、和能够在锤部20a、20b的平坦面上形成对激励电极之间进行电连接的引线电极的优点。
而且，通过构成如图3(a)～图3(c)所示这样形成第一槽部22a～24b的压电振动元件，弯曲-扭曲结合振动的主振动的频率温度特性成为关于温度的三次特性，从而具有温度特性被改善的效果。再者，在图3(a)的示例中，具有能够在锤部20a的平坦面上形成对激励电极之间进行电连接的引线电极的优点，在图3(b)的示例中，具有容易形成第一以及第二槽部形成用掩膜的优点，在图3(c)的示例中，具有通过适当地设定第一槽部的宽度，从而使弯曲振动频率和扭曲振动频率的结合变得容易的优点。
图10为表示本实用新型所涉及的第二实施方式中的压电振子2的结构的剖视图。压电振子2具有上述压电振动元件1和收纳压电振动元件1的封装件。封装件由被形成为矩形箱状的封装件主体40、和具有由玻璃等制成的窗部件54的盖部件52构成。
如图10所示，封装件主体40作为绝缘基板，通过层叠第一基板41、第二基板42、第三基板43而形成，通过将作为绝缘材料的氧化铝材质的陶瓷印刷电路板成形而制成箱状后，进行烧结而形成。安装端子45在第一基板41的外部底面上形成有多个。
第三基板43被除***部，在第三基板43的上部边缘形成有例如科瓦铁镍钴合金等的金属密封圈44。
通过第三基板43和第二基板42，而形成收纳压电振动元件1的凹部。在第二基板42的上表面的预定的位置处，设置有通过导体46而与安装端子45电导通的多个元件搭载衬垫47。
元件搭载衬垫47的位置被配置为，与在载置压电振动元件1时形成于支承臂12b、12c上的衬垫电极(未图示)相对应。
压电振子2的结构为，在封装件主体40的元件搭载衬垫47上适量涂布导电性粘合剂50，例如环氧树脂类粘合剂、聚酰亚胺类粘合剂、双马来酰亚胺类粘合剂中的某一种，再在其上载置压电振动元件1并施加载荷。
为了使被搭载在封装件40上的压电振动元件1的导电性粘合剂50固化，而放入预定温度的高温炉内预定的时间。在实施退火处理之后，从上方照射激光，而使被形成在各个锤部20a、20b，各个振动臂15a、15b上的频率调节用金属膜的一部分蒸发，从而实施频率粗调。将具有窗部件54的盖部件52缝焊在形成于封装件主体40的上表面上的密封圈44上。
在密封封装件的贯穿孔48之前，实施加热处理。将封装件的上下颠倒，并在贯穿孔48内的高低差部上载置金属球的填充材料48a。作为填充材料48a，可以采用金-锗合金等。向填充材料48a照射激光而使之熔融，从而密封贯穿孔48并使封装件内部成为真空。从封装件的外部经由窗部件54而向封装件内照射激光，以使在振动臂15a、15b上形成的频率调节用金属膜蒸发，从而实施频率微调节，由此完成压电振子2。
下面，对向图10的结构的压电振子2施加了下落等的冲击时的压电振动元件1的变形进行说明。当在与压电振子2的封装件的主面正交的方向上施加冲击力时，压电振动元件1中，容易变形的支承臂支承部12b、12c将以元件搭载衬垫47为支点，而朝向封装件主体40的底面发生变形。接着，此变形由基部10的外侧端边缘12e反射，从而变形向基部主体12a的中央部传递，由此包括基部主体12a在内的整体向封装件主体40的底面侧下沉。其结果为，振动臂15a、15b的前端侧朝向封装件底面而发生变形。也就是说，由于基部10的结构被构成为，通过使基部主体12a经由连结部12d而与支承臂12b、12c相连接，从而由基部10的结构缓和所施加的冲击。
如图10中的剖视图所示，通过将使在音叉型压电振动元件中被激励的弯曲振动和扭曲振动相互接近，而使弯曲-扭曲结合振动被激励的音叉型压电振动元件1收纳在绝缘基板40内，以构成压电振子2，从而具有可得到小型且Q值较高，频率温度特性优良的压电振子的效果。
图11为表示在本实用新型所涉及的第三实施方式中的压电振荡器3的结构的剖视图。压电振荡器3具有：上述的压电振动元件1、激励压电振动元件1的IC(集成电路)部件78、真空密封压电振动元件1且收纳IC部件78的封装件主体60、以及具有窗部件75a的盖部件75。由于向压电振动元件1照射激光的粗调节、微调节的方法和使封装件内成为真空的密封贯穿孔68的方法等与压电振子2的情况相同，因此省略说明。IC部件78利用金属凸点76等而与封装件主体60的IC部件搭载衬垫69电导通并连接。
并且，虽然在图11所示的压电振荡器3中，表示了IC部件78未被气密密封的示例，但也可以将IC部件78配置在封装件内部并进行气密密封。
如图11的剖视图所示，通过构成具有使弯曲振动和扭曲振动相互接近，从而弯曲-扭曲结合振动被激励的音叉型压电振动元件1、IC部件78、收纳这些部件的封装件主体60的压电振荡器，从而具有可得到小型且频率温度特性优良的压电振荡器的效果。
图12(a)至图12(c)为表示本实用新型所涉及的第四实施方式中的振动陀螺传感器4的结构的图，且拆除盖体而进行表示。图12(a)为振动陀螺传感器4的俯视图，图12(b)为沿P-P线的剖视图。
振动陀螺传感器4大致具有振动陀螺元件80和收纳振动陀螺元件80的封装件。封装件具有绝缘基板(封装件主体)79和对绝缘基板79进行气密密封的盖体。
振动陀螺元件80具有基部，所述基部具有基部主体81、和从基部主体81的对置的两个边缘起分别在同一直线上突出设置的一对检测用振动臂85a、85b。再者，振动陀螺元件80具有：从基部主体81的对置的另外两个边缘起，分别在与各个检测用振动臂85a、85b正交的方向上于同一直线上突出设置的一对第一连结臂82a、82b；和从各个第一连结臂82a、82b的前端部起向与之正交的两个方向分别突出设置的各一对驱动用振动臂83a、83b以及84a、84b。
再者，基部具有：从基部主体81的对置的另外两个边缘起，分别在与检测用振动臂85a、85b正交的方向上于同一直线上突出设置的一对第二连结臂；和从各个第二连结臂的前端部起向与之正交的两个方向分别突出设置，且被配置在检测用振动臂85a、85b和驱动用振动臂83a、83b以及84a、84b之间的各一对支承臂86a、86b以及87a、87b。
激励电极至少分别被形成在一对检测用振动臂85a、85b和各一对的驱动用振动臂83a、83b以及84a、84b上。在支承臂86a、86b以及87a、87b上形成有多个电极衬垫(未图示)，此电极衬垫与激励电极之间被分别电连接。
图12(c)为说明振动陀螺元件的动作的模式俯视图。在振动陀螺传感器4未被施加角速度的状态下，驱动用振动臂83a、83b、84a、84b在箭头E所示的方向上进行弯曲振动。此时，由于驱动用振动臂83a、83b和驱动用振动臂84a、84b进行关于从重心G穿过的Y’轴方向上的直线线对称的振动，因此基部主体81，连结臂82a、82b，检测用振动臂85a、85b基本上不振动。
当向振动陀螺传感器4施加绕Z’轴的角速度ω时，科里奥利力将作用于驱动用振动臂83a、83b、84a、84b以及第一连结臂82a、82b，从而新的振动被激励。此振动为相对于重心G的周向上的振动。同时，检测用振动臂85a、85b对应于此振动，而使检测振动被激励。在检测用振动臂85a、85b上形成的检测电极检测由于此振动而产生的变形，从而求出角速度。
本实用新型的振动陀螺传感器4的特征为，在驱动用振动臂83a、83b、84a、84b的前端部设置有锤部26，并在各个锤部26的表背面上，以沿着振动臂的长度方向且关于振动中心线线对称的方式形成有第一槽部27。而且，在驱动用振动臂83a、83b、84a、84b上，以沿着振动臂的长度方向且关于振动中心线线对称的方式形成有第二槽部28。通过适当地选定振动陀螺元件80的压电振动基板的切割角度θ、锤部26的第一槽部27、驱动臂83a、83b、84a、84b的第二槽部28、和驱动臂83a、83b、84a、84b的板厚，从而能够使在振动陀螺元件80中被激励的弯曲振动以及扭曲振动各自的共振频率fF、fT相互接近。由于使两个振动模式结合，而改善主振动的弯曲振动的频率温度特性，且通过设置锤部26而缩短驱动用振动臂、检测用振动臂，从而能够构成小型的振动陀螺传感器4。
如图12(a)所示，构成如下的振动陀螺元件80，即，在各个驱动用振动臂83a～84b的前端部分别形成锤部26，并在该锤部26的表背面上形成沿着振动臂的长度方向以直线状延伸的第一槽部27，且在各个驱动用振动臂的沿着振动中心线的表背面上分别形成第二槽部28。当构成这种振动陀螺元件80时，在各个驱动用振动臂中被激励的弯曲-扭曲结合振动中的主振动即弯曲振动的频率温度特性成为关于温度的三次特性，从而具有如下效果，即，具有优良的温度特性，且可得到小型的振动陀螺元件。
而且，如图12(a)所示，当将振动陀螺元件收纳在封装件内而构成振动陀螺传感器时，具有如下的效果，即，改善了在各个驱动用振动臂中被激励的弯曲-扭曲结合振动的主振动的频率温度特性，且通过设置锤部而可得到被小型化的振动陀螺传感器。
图13为表示在本实用新型所涉及的电子设备的结构的示意结构图。在电子设备5中具有在上述第二实施方式所说明的压电振子2。作为使用了压电振子2的电子设备5，可列举出移动电话、数码相机、摄像机等便携式电子设备。在这些电子设备5中，压电振子2作为标准信号源而被使用，由于具有小型且精度优良的压电振子2，从而能够提供小型且便携性优良，并且特性良好的电子设备。
如图13所示，通过构成具有图10的压电振子2的电子设备，从而具有改善电子设备的频率源的稳定的效果。而且，通过构成具有图12(a)的振动陀螺传感器的电子设备，从而具有能够减少由于温度所引起的角速度的灵敏度变化的效果。
并且，关于槽部，可以为将图1中的第一槽部22a和22b、第一槽部24a和24b连结起来的所谓的狭缝形状(贯穿形状)的结构，即使是这种结构，也能够应用于图10～图11、图12(a)至图12(c)、图13的实施方式中。
即，图14(a)、图14(b)为本实用新型的其他实施方式。
在图14(a)所示的实施方式中，各个锤部20a、20b通过在其前端边缘中央部处，形成作为连结了表背的第一槽部22a之间的、关于各个振动中心线C对称的槽部的切口部(贯穿部)22ab、24ab，从而形成凹形形状，并且在各个切口部的两侧形成质量部21。也就是说，为如下的实施例，即，质量部21沿着振动中心线C并与其分隔而被配置在两侧。
图14(b)所示的剖视图为表示分别被形成在各个振动臂15a、15b上的激励电极30、32、34、36的配置的图。激励电极30、34被形成在各个槽部17a(17b)、18a(18b)的表面以及侧面上，激励电极32、36被形成在各个振动臂15a、15b各自的两侧面上。
激励电极30、36与激励电极32、34经由所述电极衬垫而被施加符号互为不同的电压。也就是说，在向激励电极30、36施加正电压时，向激励电极32、34施加负电压，从而产生如图14(b)的箭头所示的电场，由此关于从压电振动元件1的重心穿过的中心线Cg(以下，称为重心中心线)对称的音叉振动(弯曲振动)被激励。
并且，通过形成槽部17a(17b)、18a(18b)，从而电场强度增强，由此能够更加有效地激励音叉振动。即，能够减少压电振动元件的CI(晶体阻抗)。
图15为表示锤部20a(20b)的其他实施例(仅图示一侧锤部20a)的俯视图。在与图15(a)所示的切口部22ab(24ab)相比更靠近振动臂15a(15b)的锤部20a(20b)的面内，形成有关于振动中心线C对称的贯穿孔23a(23b)。质量部21沿着振动中心线C并与其分隔而被配置在两侧。由于使切口部22ab(24ab)与贯穿孔23a(23b)相互分离，从而形成将隔着振动中心线C的质量部21之间相互连接的桥连部29a(29b)。
并且，贯穿孔23a(23b)的宽度可以与切口部22ab(24ab)的宽度相同，也可以有所不同。
在图14(a)的锤部20a(20b)中，在压电振动元件1被激励，从而振动臂15a、15b以弯曲模式振动时，振动中心线C的左右的质量部21有可能进行不必要的振动。与此相对，通过如图15的实施方式这样设置桥连部29a(29b)，从而抑制了质量部21的不必要的振动，且得到了耐冲击等的压电振动元件1。
图16为表示锤部20a(20b)的其他实施例(仅图示一个锤部20a)的俯视图。如图16的俯视图所示，各个锤部20a(20b)在其表面的中央部，具有关于振动中心C对称的贯穿孔23a(23b)。以此种方式，通过在锤部20a(20b)的表面的中央部设置贯穿孔23a(23b)，从而质量部21沿着振动中心线C并与其分隔而被配置在两侧。
而且，图17为表示锤部20a(20b)的其他实施例(仅图示一个锤部20a)的俯视图。各个锤部20a(20b)在基部侧一端，具有关于振动中心C对称的贯穿孔23a(23b)，并且贯穿孔23a(23b)与各个振动臂15a(15b)的槽部17a、17b(18a、18b)相连接(连通)。质量部21沿着振动中心C并与其分隔而被配置在两侧。
在压电振动元件1中，以关于从其重心穿过的振动臂15a、15b方向上的重心中心线Cg相互对称的方式振动的弯曲振动、和关于重心中心线Cg相互对称的扭曲振动被激励。虽然通过适当地形成激励电极，从而能够选择以何种振动模式为主振动，但图14的实施例为以音叉振动(弯曲振动)为主振动模式的示例。
作为本实用新型的压电振动元件的一个示例，使用绕电轴(X轴)旋转θ(0度到-15度的范围)而切割水晶Z板所得到的基板，来形成压电振动元件1。在各个振动臂15a、15b上形成槽部17a(17b)、18a(18b)，且在锤部20a、20b上，沿着振动中心线C并与其分隔而在两侧形成质量部。
也就是说，通过适当地设定切割角度θ，压电基板8的厚度，锤部20a、20b的切口部22a、22b或贯穿孔23a、23b，槽部17a、17b、18a、18b，从而使在压电振动元件1中被激励的弯曲振动(音叉振动)以及扭曲振动的共振频率fF、fT相互接近，以使两种振动模式结合，由此改善作为主振动的弯曲振动的频率温度特性，且构成实现了小型化的音叉型水晶振动元件。
关于使弯曲振动以及扭曲振动各自的共振频率fF、fT相互接近的方法的说明，趋于与图4(a)～图4(c)相同。
图4(a)～图4(c)也可以作为定性地对如下情况进行说明的图而应用，即，在图14(a)所示的压电振动元件(音叉型压电振动元件)1中被激励的弯曲振动的共振频率fF和扭曲振动的共振频率fT，根据锤部20a、20b的切口部22a、22b和振动臂15a、15b的槽部17a、17b、18a、18b以及振动臂15a、15b的厚度h，是如何发生变化的。
并且，图4(a)、图4(b)的横轴的A、B表示梁(振动臂)15的平面形状，A表示在梁15上形成切口部之前的情况，B表示在形成了切口部之后的情况。图4(c)以B表示使梁15的板厚h厚于A的情况。
在本实施方式中，对下述状况的说明与图7所示的倾向相同，即，通过使在压电振动元件1中被激励的弯曲振动和扭曲振动相互结合，从而改善主振动的弯曲振动的频率温度特性的状况。
即，图7(a)为主振动即弯曲振动的频率温度特性，呈关于温度T的二次曲线。图7(b)为扭曲振动的频率温度特性，频率Δf/f由关于温度T的一次式近似。图7(c)为表示使弯曲振动和扭曲振动结合时的主振动即弯曲振动的频率温度特性的图。通过在主振动的弯曲振动上结合扭曲振动，从而能够将表示弯曲振动的频率温度特性的多项式Δf/f的一次温度系数α和二次温度系数β设定为几乎为零，从而主振动的弯曲振动的频率温度特性能够由三次温度系数γ近似，并如图7(c)所示这样呈三次曲线。
再者，关于对在改变压电振动元件1的振动臂15a、15b的板厚h时，弯曲振动和扭曲振动的结合程度进行模拟的结果，也与由图8表示的倾向相同。即，弯曲振动的共振频率fF关于厚度h近乎平坦，随着h的增加而稍许减少。
另一方面，扭曲振动的共振频率fT对应于厚度h的增加，以大致成正比的方式增加。在图8的示例中，可知通过稍薄于86μm的板厚h，结合将增大。
再者，在本实施方式中，关于对在沿着锤部20a(20b)的振动中心C而形成了槽部(贯穿部)的压电振动元件1中被激励的弯曲振动的一次温度系数α、二次温度系数β和扭曲振动的一次温度系数α’、二次温度系数β’进行模拟的结果，也与由图9(b)表示的倾向相同。分别由菱形◆、方形■表示弯曲振动的一次温度系数α、二次温度系数β，而由空心方形□表示扭曲振动的二次温度系数β’。由于扭曲振动的一次温度系数α’数值过大而在图表的框外，因此未进行图示。也就是说，在扭曲振动中，一次温度系数α’是支配性的。
如上文所述，图9(b)为相对于板厚h，而表示在使振动臂15a、15b的板厚h于82μm到86μm的范围内发生改变时的弯曲振动、扭曲振动各自的一次温度系数、二次温度系数α、β、α’、β’的图。在图9(b)的示例中，判明了弯曲振动的一次温度系数α、二次温度系数β在板厚h＝84.5μm附近均几乎为零。而且，可知扭曲振动的二次温度系数β’在板厚h＝84.5μm附近也几乎为零。
也就是说，在图9(b)的压电振动元件1的示例中，通过将板厚h设定为84.5μm，从而能够使主振动即弯曲振动的频率温度特性的一次温度系数α、二次温度系数β均为零。因此，弯曲振动的频率温度特性呈三次曲线，从而大幅度地改善了频率温度特性，且通过设置锤部20a、20b而缩短振动臂，从而得到了小型的压电振动元件1。
而且，通过向形成在锤部20a、20b的表背面上的电极、槽部17a、17b、18a、18b的电极、形成在振动臂15a、15b上的电极等照射激光光线，从而能够对在音叉型压电振动元件中被激励的弯曲振动和扭曲振动的结合度进行微调节。
图18(a)至图18(f)为表示压电振动元件1的锤部20a形成了贯穿部式的槽部的形状的图。图18(a)为没有进行任何加工的方形形状的锤部20a的俯视图，图18(b)为在前端边缘形成了切口部22ab的锤部20a的俯视图，图18(c)为在图18(a)的锤部上形成了贯穿孔23a的锤部20a的俯视图，图18(d)为形成了前端边缘的切口部22ab和贯穿孔23a的锤部20a的俯视图，图18(e)为形成了细贯穿孔23a和与之连接的槽部17a的锤部20a的俯视图。在图18(b)～图18(e)中，图18(b)的切口部22ab的面积与图18(c)以下的贯穿孔23a的面积、或与将切口部22ab和贯穿孔23a加起来的面积全部相同。而且，图18(f)为沿着振动中心C而形成了槽部22a(有底)的锤部20a的俯视图，此槽部22a的面积也与图18(b)切口部22ab的面积相同。关于具有与图18(c)～图18(e)的贯穿孔23a、或与切口部22ab以及贯穿孔23a相对应而形成的相同面积的槽部22a的锤部20a，省略其图示。
虽然关于具有槽部22a的锤部20a，仅由图18(f)表示，但此图为，为了在通过模拟而求出在压电振动元件1中被激励的弯曲振动以及扭曲振动的频率的接近程度时，与具有切口部22ab的锤部20a进行比较所必要的图。
以在具有图18(a)的锤部20a的压电振动元件1中被激励的弯曲振动以及扭曲振动各自的频率为基准，关于具有图18(b)～图18(e)的锤部20a的压电振动元件1和具有分别对应于图18(f)的槽部22ab的压电振动元件1，对弯曲振动以及扭曲振动的频率fF、fT以及频率差Δf(＝(fT-fF))分别进行了模拟。
关于具有图18(b)～图18(e)所示的切口部22ab、切口部22ab以及贯穿孔23a的压电振动元件1和具有对应于图18(b)～图18(e)而为相同面积的槽部22a的压电振动元件1，通过模拟求出弯曲振动以及扭曲振动的频率fF、fT以及频率差Δf是如何进行变化的。
图19为分别表示在具有图18(b)的形状的切口部22ab的压电振动元件1，和具有面积与图18(b)的切口部22ab的面积相同的槽部22a的、图18(f)的压电振动元件1中，分别被激励的弯曲振动以及扭曲振动的频率fF、fT和频率差Δf的图。表示出，形成了切口部22ab的压电振动元件1的弯曲振动与扭曲振动的频率差Δf更小，从而弯曲振动与扭曲振动更接近。
图20为分别表示在具有图18(c)的形状的贯穿孔23a的压电振动元件1、和具有面积与此贯穿孔23a的面积相同的槽部22a的压电振动元件1中，分别被激励的弯曲振动以及扭曲振动的频率fF、fT和频率差Δf的图。
表示出，形成了贯穿孔23a的压电振动元件1的弯曲振动与扭曲振动的频率差Δf更小，从而弯曲振动与扭曲振动更接近。
图21为分别表示在具有图18(d)的形状的切口部22ab以及贯穿孔23a的压电振动元件1、和具有面积与此切口部22ab以及贯穿孔23a的面积相同的槽部22a的压电振动元件1中，分别被激励的弯曲振动以及扭曲振动的频率fF、fT和频率差Δf的图。表示出，形成了切口部22ab以及贯穿孔23a的压电振动元件1的弯曲振动与扭曲振动的频率差Δf更小，从而弯曲振动与扭曲振动更接近。
图22为分别表示在具有图18(e)的形状的细贯穿孔23a和与之相连接的槽部17a的压电振动元件1、和具有面积与将此细贯穿孔23a的面积和槽部17a的面积加在一起的面积相同的槽部22a的压电振动元件1中，分别被激励的弯曲振动以及扭曲振动的频率fF、fT和频率差Δf的图。表示出，形成细贯穿孔23a和与之连接的槽部17a的压电振动元件1的弯曲振动与扭曲振动的频率差Δf更小，从而弯曲振动与扭曲振动更接近。
图23为归纳以上结果的图，且为以在具有图18(b)～图18(e)的形状的压电振动元件1中被激励的弯曲振动以及扭曲振动的频率fF、fT和频率差Δf分别作为左右的纵轴，对应于横轴的符号(b)～(e)而进行表示的图。频率差Δf变小的情况为，图18(b)的形状、即在锤部20a上形成了关于振动中心线C对称的切口部22ab的情况。
图24为通过模拟而求出并比较仅具有基部主体12a的音叉型压电振动元件1的振动泄漏、和具有具备基部主体12a、连结部12d、支承臂12b、12c的基部10的音叉型压电振动元件的振动泄漏的图。明确了，具有具备支承臂12b、12c的基部10的音叉型压电振动元件1的振动泄漏更少。
如图14(a)、图14(b)的实施方式所示，本实用新型的压电振动元件(音叉型压电振动元件)1在各个振动臂的前端部分别形成锤部，并在此锤部上以沿着振动中心而在两侧对称的方式配置有具备较大质量的质量部。在此基础上，在各个振动臂上沿着振动中心而在表背面上分别形成有槽部。当以此种方式构成时，在压电振动元件1中被激励的弯曲振动以及扭曲振动相互接近并结合。当分别适当地设定压电基板的厚度以及切割角度、和各个质量部以及各个槽部的形状时，弯曲-扭曲结合振动的主振动即弯曲振动的频率温度特性关于温度的三次特性，从而具有如下的效果，即，具有优良的温度特性，且可得到小型化的压电振动元件。
而且，图14(a)的实施方式所示的压电基板8的切割角度构成绕电轴(X轴)在0度到-15度的范围内被旋转的压电振动元件(音叉型压电振动元件)1。当以此种方式设定切割角度，并适当地设定压电基板的厚度等时，能够将表示弯曲-扭曲结合振动的频率温度特性的多项式的一次项系数、二次项系数设定为几乎为零，从而具有可得到优良的温度特性的压电振动元件的效果。
如图14(a)、图14(b)的实施方式所示，通过在各个锤部20a、20b的前端边缘的中央部设置关于振动中心线C对称的切口部22ab、24ab，从而能够使在压电振动元件1中被激励的弯曲振动(音叉振动)和扭曲振动接近且结合。通过适当地设定各个参数，从而具有能够将弯曲-扭曲结合振动的弯曲振动的频率温度特性设定为三次特性的效果。
而且，如图15的实施方式所示，通过减小切口部22ab，与贯穿孔23a相结合，并以沿着振动中心线C而在两侧对称的方式配置质量部21，且在两质量部21之间设置桥连部29a，从而锤部20a、20b被强化。同时，能够使弯曲振动(音叉振动)与扭曲振动接近且结合。通过适当地设定各个参数，从而具有能够将弯曲-扭曲结合振动的弯曲振动的频率温度特性设定为三次特性的效果。
如图16的实施方式所示，虽然通过将贯穿孔23a(23b)配置在中央部而增加了锤部20a、20b的强度，但弯曲振动的频率变化稍许减少。但是，当稍微扩大贯穿孔23a(23b)的面积时，则能够弥补频率的减少。此时，也能也够使弯曲振动和扭曲振动接近且结合。通过适当地设定各个参数，从而具有能够将弯曲-扭曲结合振动的弯曲振动的频率温度特性设定为三次特性的效果。
而且，如图17的实施方式所示，虽然当在锤部20a、20b的基部侧一端设置贯穿孔23a(23b)时，弯曲振动的频率变化将稍许减少，但通过延伸振动臂的槽部，从而减少扭曲振动的频率，由此能够使两种振动相互接近且结合。通过适当地设定各个参数，从而具有能够将弯曲-扭曲结合振动的弯曲振动的频率温度特性设定为三次特性的效果。
而且，如图14(a)所示，压电振动元件(音叉型压电振动元件)1的基部10具有基部主体12a、连结部12d、L字状以及反L字状的各个支承臂12b、12c，且通过将L字状以及反L字状的各个端部彼此连接在一起，并将此连接部通过连结部12d而连接于基部主体12a的一侧的端部中央而构成。因此，能够减少从振动臂15a、15b向各个支承臂12b、12c泄漏的振动能量，从而CI值变小，且由于通过基部的结构而使冲击被缓和，因此耐冲击性被改善。其结果为，具有可得到不会产生由于冲击所导致的欠缺、破损等而引起的频率变动的压电振动元件的效果。
符号说明
1：压电振动元件
2：压电振子
3：压电振荡器
4：振动陀螺传感器
5：电子设备
7：压电基板
10：基部
12a：基部主体
12b、12c：支承臂
12d：连结部
12e：外侧端边缘
15：梁
15a、15b：振动臂
17a、17b、18a、18b、28：第二槽部
20a、20b、26：锤部
21a、21b、21’a、21’b：凹部
22a、22ab、22b、24a、24ab、24b、27：第一槽部
25：电极
29a、29b：桥连部
30、32、34、36：激励电极
40、60、79：封装件主体
41：第一基板
42：第二基板
43：第三基板
44：金属密封圈
45：安装端子
46：导体
47：元件搭载衬垫
48、68：贯穿孔
48a：填充材料
50：导电性粘合剂
52、75：盖部件
54、75a：窗部件
69：部件搭载衬垫
78：IC部件
80：振动陀螺元件
81：基部主体
82a、82b：第一连结臂
83a、83b、84a、84b：驱动用振动臂
85a、85b：检测用振动臂
86a、86b、87a、87b：支承臂
C：振动中心线

Claims (8)

1.一种压电振动元件，其特征在于，
包括：多个振动臂；基部，其对各个该振动臂的一侧端部之间进行连接；锤部，其分别与各个所述振动臂的另一侧端部相连接，且宽度宽于各个该振动臂的另一侧端部的宽度；压电基板，其至少具有：在所述锤部的表面以及背面中的至少一个面上沿着所述振动臂的长度方向延伸的第一槽部、以及分别存在于各个所述振动臂的表背面的第二槽部，
所述压电振动元件进行频率温度特性为关于温度的三次特性的弯曲-扭曲结合振动。
2.如权利要求1所述的压电振动元件，其特征在于，
所述基部包括：基部主体，其具有与所述振动臂的所述一侧端部相连接的一端；连结部，其连接于与所述一端对置的一侧的另一端；支承臂，其通过该连结部而被连接，且远离所述基部主体而延伸。
3.如权利要求1所述的压电振动元件，其特征在于，
所述压电基板由水晶板构成，并且所述水晶板的主平面的法线相对于水晶结晶的光学轴，而绕水晶结晶的电轴以0度到-15度的范围内的角度倾斜。
4.一种压电振子，其特征在于，
具备：权利要求1至3中任一项所述的压电振动元件、和搭载该压电振动元件的绝缘基板。
5.一种压电振荡器，其特征在于，
具备：权利要求1至3中任一项所述的压电振动元件、激励该压电振动元件的集成电路部件、和气密密封所述压电振动元件且收纳所述集成电路部件的封装件。
6.一种振动陀螺元件，其特征在于，
具备权利要求1至3中任一项所述的压电振动元件，
所述压电振动元件具备从所述基部连接的、用于检测角速度的检测用振动臂。 
7.一种振动陀螺传感器，其特征在于，
具备：权利要求6所述的振动陀螺元件、和收纳该振动陀螺元件的封装件。
8.一种电子设备，其特征在于，
包括权利要求1至3中任一项所述的压电振动元件。 
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