JP2010232932A - Piezoelectric vibration chip - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば振動子や共振子、発振器、ジャイロ、各種センサ等の様々な圧電デバイスに使用され、屈曲振動モードで振動する圧電振動片に関する。 The present invention relates to a piezoelectric vibrating piece that is used in various piezoelectric devices such as vibrators, resonators, oscillators, gyros, and various sensors and vibrates in a bending vibration mode.
従来から、携帯電話等の通信機器や、コンピュータ、ICカード等の情報機器、その他様々な電子機器に圧電デバイスが広く使用されている。最近は、これら電子機器の小型化及び高性能化に伴い、小型化と共に、高品質かつ高安定性の圧電デバイスが要求されている。 Conventionally, piezoelectric devices have been widely used in communication devices such as mobile phones, information devices such as computers and IC cards, and various other electronic devices. Recently, along with miniaturization and high performance of these electronic devices, high quality and high stability piezoelectric devices are demanded along with miniaturization.
屈曲振動モードの圧電振動片は、小型化を図るために振動腕の長さを短くすると、周波数が高くなることがよく知られている。そこで、振動腕の先端部に質量を付加することによって、その質量効果により周波数が高くならないように振動腕の長さを短くし、圧電振動片を小型化することが行われている(例えば、特許文献1,2を参照)。振動腕先端部への質量付加は、多くの場合、該先端部の幅を基端側よりも大きく形成することによってなされる。
It is well known that the bending vibration mode piezoelectric vibrating piece has a higher frequency when the length of the vibrating arm is shortened in order to reduce the size. Therefore, by adding mass to the tip of the vibrating arm, the length of the vibrating arm is shortened so that the frequency does not increase due to the mass effect, and the piezoelectric vibrating piece is reduced in size (for example, (See
また、音叉型圧電振動片においてCI値を低減するために、振動腕の表面及び/又は裏面に長手方向の溝部を形成し、かつ該溝部の内面に励振電極を成膜した構造が広く採用されている(例えば、特許文献2,3を参照)。このような振動腕は、その側面の励振電極と溝部内の励振電極との間で電界が、振動腕の断面において広く分布するように発生し、電界効率が大幅に向上するので、振動片を小型化しても振動損失が少なく、CI値を低く抑制することができる。
Further, in order to reduce the CI value in the tuning fork type piezoelectric vibrating piece, a structure in which a longitudinal groove is formed on the front and / or back of the vibrating arm and an excitation electrode is formed on the inner surface of the groove is widely adopted. (For example, see
更に、振動腕の溝部を振動腕先端の錘部及び基部に入り込む位置まで延長させた構造の音叉型圧電振動片が提案されている(例えば、特許文献4を参照)。このような溝構造の振動腕は、振動腕の基本振動モードを得るために必要な腕長さを確保でき、かつ振動腕の錘部及び基部との各結合部において、振動腕の振動による溝部への応力集中を解消して安定した振動を得ることができる。また、特許文献4には、錘部の基部側に突出部を設けた振動腕が開示されている。この突出部によって、振動腕は、錘部の質量を変えることなく振動二次モーメントの腕長を短くでき、振動の安定性を高めかつCI値を低く抑制することができる。 Furthermore, a tuning-fork type piezoelectric vibrating piece having a structure in which the groove portion of the vibrating arm is extended to a position where it enters the weight portion and the base portion at the tip of the vibrating arm has been proposed (see, for example, Patent Document 4). The vibration arm having such a groove structure can secure the arm length necessary for obtaining the fundamental vibration mode of the vibration arm, and the groove portion due to the vibration of the vibration arm at each joint portion with the weight portion and the base portion of the vibration arm. Stable vibration can be obtained by eliminating stress concentration on the surface. Patent Document 4 discloses a vibrating arm provided with a protruding portion on the base side of the weight portion. With this protrusion, the vibrating arm can shorten the arm length of the vibration secondary moment without changing the mass of the weight portion, and can increase the stability of vibration and suppress the CI value low.
また、従来から、上述した溝部及び錘部を有する振動腕は、音叉型圧電振動片だけでなく、同様に屈曲振動モードで振動する振動腕を有する様々な圧電デバイスに採用されている。例えば回転角度を検出するために、このような振動腕を駆動振動片及び検出振動片に適用した圧電ジャイロスコープが知られている(例えば、特許文献5を参照)。 Conventionally, the above-described vibrating arm having the groove portion and the weight portion is employed not only in a tuning fork type piezoelectric vibrating piece but also in various piezoelectric devices having a vibrating arm that similarly vibrates in a bending vibration mode. For example, in order to detect a rotation angle, a piezoelectric gyroscope in which such a vibrating arm is applied to a drive vibrating piece and a detection vibrating piece is known (see, for example, Patent Document 5).
周知のように、音叉型圧電振動片は、その周波数が振動腕の長さの2乗に反比例し、かつ振動腕の幅に比例する。そのため、特許文献4にも記載されるように、振動腕の長さを短くするほど周波数の変動量が大きくなるので、圧電振動片の小型化には限界がある。従来の音叉型圧電振動片は、振動腕を短くするほど溝部の長さも短くなり、励振電極の面積が減少するので、電界効率の向上及びCI値の抑制を図ることが困難である。 As is well known, the frequency of the tuning-fork type piezoelectric vibrating piece is inversely proportional to the square of the length of the vibrating arm and proportional to the width of the vibrating arm. For this reason, as described in Patent Document 4, since the amount of variation in frequency increases as the length of the vibrating arm is shortened, there is a limit to downsizing the piezoelectric vibrating piece. In the conventional tuning fork type piezoelectric vibrating piece, as the vibrating arm is shortened, the length of the groove portion is shortened and the area of the excitation electrode is reduced. Therefore, it is difficult to improve the electric field efficiency and suppress the CI value.
また、水晶等の圧電材料が、それに作用する応力によって電気分極を生じることも周知である。本願発明者は、振動腕の屈曲振動によって発生する表面電荷に着目し、様々な溝構造を有する音叉型振動片の振動腕について表面電荷分布を解析した。 It is also well known that piezoelectric materials such as quartz produce electrical polarization due to stress acting on them. The inventor of the present application paid attention to the surface charge generated by the bending vibration of the vibrating arm, and analyzed the surface charge distribution of the vibrating arm of the tuning fork type vibrating piece having various groove structures.
図11(A)(B)は、従来の典型的な構成の音叉型圧電振動片1を示しており、概ね矩形の基部2と、該基部から平行に延出する1対の振動腕3を備える。各振動腕3は、前記基部に結合された細長い一定幅の腕部4,4と、自由端である先端部に前記腕部よりも広幅に形成された錘部5,5とを有する。振動腕3の表面及び裏面には、それぞれ前記腕部の全長に亘って溝部6、6が形成され、その内面に第1励振電極7,7が、前記腕部の両側面に第2励振電極8,8がそれぞれ成膜されている。一方の振動腕の第1励振電極7と他方の振動腕の第2励振電極8とが互いに接続され、基部2に引き出した接続電極9,9から交流電圧を印加することによって、両振動腕3,3が互いに接近又は離反する向きに振動する。
FIGS. 11A and 11B show a tuning fork type
図12は、このように振動腕3を励振させたときに、その表面に生じる表面電荷分布を示している。同図に示すように、振動腕3が図中左向きに屈曲すると、溝部6の側面6aには正(+)の表面電荷が、腕部4の側面4aには負(−)の表面電荷が発生することを確認できた。振動腕3が逆向きに屈曲すると、側面6a及び側面4aに発生する表面電荷は、極性が反転する。各側面6a,4aの表面電荷密度は、いずれも基端側が高く、先端側が低い。しかしながら、錘部5は、振動腕3の幅方向両側に腕部4よりも突出させて広幅に形成されているので、剛固であり、表面電荷が発生しなかった。
FIG. 12 shows the surface charge distribution generated on the surface of the vibrating
図13(A)(B)は、従来の別の音叉型圧電振動片11を示しており、同様に矩形の基部12から平行に延出する1対の振動腕13とを備え、前記各振動腕は、細長い一定幅の腕部14,14と、その先端部に前記腕部よりも広幅の錘部15,15とを有する。振動腕13の表面及び裏面には、それぞれ溝部16、16が、前記腕部の全長に亘ってかつ前記錘部の領域にまで延長させて形成され、その内面に前記腕部の範囲で第1励振電極17,17が、前記腕部の両側面に第2励振電極18,18がそれぞれ成膜されている。一方の振動腕の第1励振電極17と他方の振動腕の第2励振電極18とが互いに接続され、基部12の接続電極19,19に引き出されている。
FIGS. 13A and 13B show another conventional tuning-fork type piezoelectric vibrating
図14は、接続電極19,19に交流電圧を印加して両振動腕13,13を互いに接近又は離反する向きに振動させたときに、その表面に生じる表面電荷分布を示している。同図に示すように、振動腕13が図中左向きに屈曲すると、腕部14の側面14aは、同様に負(−)の表面電荷が発生するのに対し、溝部16は、腕部14の範囲内の側面16aには正(+)の表面電荷が発生するが、前記錘部への延長部分の側面16bには表面電荷が発生しないことを確認した。錘部15の他の部分にも、表面電荷は発生しなかった。この場合も、振動腕13が逆向きに屈曲すると、側面16a及び側面14aの表面電荷は極性が反転し、各側面16a,14aの表面電荷密度は基端側が高く、先端側が低い。
FIG. 14 shows a surface charge distribution generated on the surface of the connecting
このように上述した従来構造の音叉型圧電振動片は、振動腕を短くするほど、その励振に貢献する電極面積が減少するので、電界効率を向上させてCI値を抑制することが困難になる。圧電材料の圧電効果を考慮すると、電界効率の向上及びCI値の改善を図るためには、振動腕を屈曲振動させたときにその表面に電荷が発生する領域に対応して励振電極を形成すること、及びそのように形成される電極面積を増大させることが好ましい。 As described above, in the tuning fork type piezoelectric vibrating piece having the conventional structure described above, as the vibrating arm is shortened, the electrode area contributing to the excitation decreases, so that it is difficult to improve the electric field efficiency and suppress the CI value. . In consideration of the piezoelectric effect of the piezoelectric material, in order to improve the electric field efficiency and the CI value, an excitation electrode is formed corresponding to a region where electric charges are generated on the surface of the vibrating arm when the vibrating arm is bent and vibrated. It is preferable to increase the area of the electrodes so formed.
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、屈曲振動モードで振動する振動腕を有し、その先端に質量を付加して錘部を形成し、かつ振動腕の表裏面に溝部を設けてその内部に励振電極を形成した圧電振動片において、振動腕を長大化させることなく、その励振に貢献する電極の面積を増大させて、小型化の実現と共に、励振効率の向上及びCI値の低減を図ることにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and its purpose is to have a vibrating arm that vibrates in a flexural vibration mode, and to add a mass to its tip to form a weight portion, In addition, in a piezoelectric vibrating piece that has grooves on the front and back surfaces of the vibrating arm and an excitation electrode is formed inside the vibrating arm, the area of the electrode that contributes to excitation can be increased without increasing the size of the vibrating arm, thereby realizing miniaturization. At the same time, it is to improve the excitation efficiency and reduce the CI value.
本発明の圧電振動片は、上記目的を達成するために、基部と、該基部から延出しかつ屈曲振動モードで振動する振動腕とを備え、
該振動腕が、基部に結合した所定の幅の腕部と、その幅方向に腕部の側面から突出する部分を有するように振動腕先端に形成した広幅の錘部とからなり、
振動腕の表面及び裏面の少なくとも一方にその長手方向に沿って形成された第1溝部と、第1溝部の側面に形成した第1励振電極と、振動腕の側面に形成した第2励振電極とを有し、
第1溝部が、腕部から錘部の領域まで延長するように設けられ、
錘部が、その幅方向の少なくとも一方の側に、第1溝部の側面と平行に延長しかつ腕部の側面から連続してそれと同一面をなす側面を有し、
第2励振電極が、腕部の側面と該側面に連続する錘部の側面とに連続して形成されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a piezoelectric vibrating piece of the present invention includes a base and a vibrating arm that extends from the base and vibrates in a bending vibration mode.
The vibrating arm includes an arm portion having a predetermined width coupled to the base portion, and a wide weight portion formed at the tip of the vibrating arm so as to have a portion protruding from the side surface of the arm portion in the width direction thereof.
A first groove formed along the longitudinal direction on at least one of the front and back surfaces of the vibrating arm, a first excitation electrode formed on a side surface of the first groove, and a second excitation electrode formed on a side surface of the vibrating arm; Have
The first groove is provided so as to extend from the arm part to the weight part region,
The weight portion has, on at least one side in the width direction, a side surface extending in parallel with the side surface of the first groove portion and continuously extending from the side surface of the arm portion.
The second excitation electrode is formed continuously on the side surface of the arm portion and the side surface of the weight portion continuing to the side surface.
このように第1励振電極を、振動腕の腕部から錘部の領域まで設けた第1溝部の側面に形成し、かつ第2励振電極を、腕部の側面及び該側面から連続する錘部の側面に連続して形成することによって、振動腕の振動に貢献する電界を腕部だけでなく、錘部の領域にも発生させることができる。従って、小型化の要求に対応して振動腕を短くしても、錘部の質量効果を損なうことなく、電極面積を増やして励振効率を高め、CI値を低減させて圧電振動片の高性能化、高品質化を実現することができる。 Thus, the first excitation electrode is formed on the side surface of the first groove portion provided from the arm portion of the vibrating arm to the region of the weight portion, and the second excitation electrode is formed on the side surface of the arm portion and the weight portion continuous from the side surface. By forming continuously on the side surface, an electric field contributing to the vibration of the vibrating arm can be generated not only in the arm portion but also in the region of the weight portion. Therefore, even if the vibrating arm is shortened in response to the demand for miniaturization, without increasing the mass effect of the weight part, the electrode area is increased to increase the excitation efficiency, and the CI value is reduced to reduce the high performance of the piezoelectric vibrating piece. And high quality can be realized.
或る実施例では、圧電振動片が基部から平行に延長する1対の振動腕を有する音叉型である。別の実施例において、圧電振動片は、3本以上の振動腕を有することができる。 In one embodiment, the piezoelectric vibrating piece is a tuning fork type having a pair of vibrating arms extending in parallel from the base. In another embodiment, the piezoelectric vibrating piece may have three or more vibrating arms.
また、或る実施例では、錘部の腕部の側面から連続してそれと同一面をなす側面が、該錘部の幅方向の突出部分に第1溝部と平行に形成した有底の第2溝部の側面によって形成される。これにより、錘部の突出部分をより大きくし、より多くの質量を付加して、その質量効果を高めることができる。 Further, in one embodiment, the bottomed second side is formed such that a side surface continuously formed from the side surface of the arm portion of the weight portion is formed in parallel with the first groove portion at the protruding portion in the width direction of the weight portion. It is formed by the side surface of the groove. Thereby, the protrusion part of a weight part can be enlarged more, more mass can be added, and the mass effect can be heightened.
別の実施例では、錘部の腕部の側面から連続してそれと同一面をなす側面が、該錘部の幅方向の突出部分を有しない側の側面により形成される。これにより、振動腕の形状をより簡単にし、その加工を容易にすることができる。特に圧電振動片が音叉型の場合には、平行に延出する2本の振動腕の錘部が突出部分を有しない側を内側に配置することによって、それらの間隔をより狭くすることができ、振動片の幅寸法を小さくして、その小型化を図ることができる。 In another embodiment, the side surface that is continuous with the side surface of the arm portion of the weight portion and is flush with the side surface is formed by the side surface that does not have the protruding portion in the width direction of the weight portion. Thereby, the shape of a vibrating arm can be made simpler and the process can be made easy. In particular, in the case where the piezoelectric vibrating piece is a tuning fork type, the interval between the weight portions of the two vibrating arms extending in parallel with the side having no protruding portion can be further narrowed. The width of the resonator element can be reduced to reduce its size.
また、別の実施例では、錘部が、幅方向の一方の側に腕部の側面から突出する前記部分を有し、かつ幅方向の他方の側に、その基部側に腕部の側面から連続して同一面をなす側面と、該側面から幅方向に突出する追加の部分とを有する。これにより、追加の突出部分を設けた分だけ、より高い質量効果が得られると共に、振動腕の長手方向の中心線に関して左右のバランスを改善することができる。 In another embodiment, the weight portion has the portion protruding from the side surface of the arm portion on one side in the width direction, and from the side surface of the arm portion on the base side on the other side in the width direction. It has the side surface which makes the same surface continuously, and the additional part which protrudes in the width direction from this side surface. As a result, a higher mass effect can be obtained as much as the additional protruding portion is provided, and the left-right balance with respect to the center line in the longitudinal direction of the vibrating arm can be improved.
この場合に、別の実施例では、錘部が、幅方向の他方の側において、腕部の側面から連続してそれと同一面をなす側面に、追加の突出部分から基部側に向けて延長する突条を有する。これにより、錘部の質量効果をより高くし、かつ振動腕の長手方向の中心線に関して左右のバランスをより改善することができる。 In this case, in another embodiment, the weight portion extends on the other side in the width direction from the side surface of the arm portion to a side surface that is coplanar with the weight portion and extends from the additional protruding portion toward the base side. Has a ridge. Thereby, the mass effect of a weight part can be made higher, and the left-right balance can be further improved with respect to the longitudinal center line of the vibrating arm.
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。尚、添付図面において、同一又は類似の構成要素には、同一又は類似の参照符号を付して示す。
図1(A)〜(C)は、本発明による音叉型圧電振動片の第1実施例を概略的に示している。本実施例の音叉型圧電振動片21は、水晶等の圧電材料で一体に形成され、概ね矩形の基部22と、該基部から平行に延出する1対の振動腕23とを備える。各振動腕23は、前記基部に結合された所定の幅の細長い腕部24と、その自由端である先端部に前記腕部よりも広幅に形成された錘部25とを有する。各錘部25は、振動腕23の幅方向両側に腕部24の側面から突出する部分26,26を有する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the accompanying drawings, the same or similar components are denoted by the same or similar reference numerals.
1A to 1C schematically show a first embodiment of a tuning-fork type piezoelectric vibrating piece according to the present invention. The tuning fork type
振動腕23の表面及び裏面には、その長手方向に沿って断面矩形かつ一定の第1溝部27,27がそれぞれ形成されている。第1溝部27は、前記腕部の全長に亘って、かつ該腕部から連続的に前記錘部の中央付近まで延長するように設けられる。更に、錘部25の表面及び裏面には、前記両突出部分に有底の第2溝部28,28がそれぞれ形成されている。第2溝部28は、突出部分26の基部側端部から第1溝部27の錘部25への延長部分の範囲でかつそれと平行に延長させて設けられる。第2溝部28の前記第1溝部に隣接する側面は、腕部24の側面から連続して段差のない同一面に形成されている。
On the front and back surfaces of the resonating
第1溝部27の内面には、第1励振電極29が前記錘部への延長部分を含む全長に亘って形成されている。連続する腕部24の側面及び第2溝部28の前記第1溝部に隣接する側面には、それらの全長に亘って第2励振電極30が連続して形成されている。一方の前記振動腕の第1励振電極29と他方の振動腕の第2励振電極30とが互いに接続され、かつ基部22の接続電極31,31に引き出されている。前記接続電極に交流電圧を印加すると、両振動腕23,23が互いに接近又は離反する向きに振動する。
A
図2は、このように振動腕23,23を振動させたときに、その表面に生じる表面電荷分布を示している。同図に示すように、振動腕23が図中左向きに屈曲すると、第1溝部27の側面27aには、前記錘部への延長部分の側面27bを含む全長に亘って正(+)の表面電荷が発生した。腕部24の各側面24a及びそれに連続する第2溝部28の前記第1溝部に隣接する各側面28aには、負(−)の表面電荷が発生することを確認した。これら以外の錘部25の部分は、表面電荷が発生しなかった。側面27a,27b及び側面24a,28aの表面電荷密度は、いずれも基端側が高く、先端側が低かった。振動腕23が逆向きに屈曲すると、その表面に発生する表面電荷は、極性が反転する。
FIG. 2 shows the surface charge distribution generated on the surface of the vibrating
別の実施例では、錘部25の表裏面を貫通するように第2溝部28を形成することができ、その場合にも、該第2溝部の第1溝部27に隣接する側面には、振動腕23の屈曲振動により表面電荷が発生する。しかしながら、突出部分26が部分的に貫通溝により分離されて、腕部側と平行に基部22側に延出することになるので、振動腕23の振動時に不要な振動モードを発生したり、腕部側と接触する虞がある。従って、第2溝部28は、少なくとも部分的に貫通しないように形成するのが好ましい。
In another embodiment, the
このように振動腕23は、その屈曲振動により表面電荷が発生する領域が、第1溝部27を錘部25の領域まで延長させかつ前記錘部の突出部分26に第2溝部28を設けることによって、錘部25まで拡大されている。その結果、振動腕23の励振に貢献する第1及び第2励振電極29,30を、腕部24だけでなく、錘部25の領域にも形成することができる。従って、本実施例の圧電振動片21は、小型化の要求に対応して振動腕を短くしても、錘部の質量効果を損なうことなく、励振電極の面積を大きくして励振効率を高めることができるので、CI値を低減させることができる。
As described above, the vibrating
図3(A)〜(C)は、本発明による音叉型圧電振動片の第2実施例を概略的に示している。本実施例の音叉型圧電振動片41は、第1実施例と同様に水晶等の圧電材料で一体に形成され、概ね矩形の基部42から平行に延出する1対の振動腕43を備える。各振動腕43は、前記基部に結合された所定の幅の細長い腕部44と、その先端部に前記腕部よりも広幅に形成された錘部45とを有するが、錘部45が、他方の振動腕43とは反対側の幅方向にのみ腕部44の側面から突出する部分46を有する、という点において、第1実施例と異なる。これにより、両振動腕43を第1実施例の場合よりも接近させて配置することができるので、圧電振動片41の幅寸法を小さくすることができる。
3A to 3C schematically show a second embodiment of a tuning-fork type piezoelectric vibrating piece according to the present invention. The tuning fork type
振動腕43の表面及び裏面には、その長手方向に沿って断面矩形かつ一定の第1溝部47,47が、それぞれ前記腕部の全長に亘って、かつ該腕部から連続的に前記錘部の中央付近まで延長するように形成されている。錘部45の突出部分46には、その表面及び裏面に有底の第2溝部48,48が、それぞれ該突出部分の基部側端部から第1溝部47の錘部45への延長部分の範囲でかつそれと平行に延長させて形成されている。第2溝部48の前記第1溝部に隣接する側面及び錘部45の他方の振動腕に隣接する側面は、それぞれ対応する腕部44の側面から連続する段差のない同一面に形成されている。
On the front and back surfaces of the vibrating
第1溝部47の内面には、第1励振電極49が前記錘部への延長部分を含む全長に亘って形成されている。腕部44の外側の側面即ち他方の振動腕とは反対側の側面及びそれに連続する第2溝部48の前記第1溝部に隣接する側面には、それらの全長に亘って第2励振電極50aが連続して形成されている。腕部44の内側即ち他方の振動腕に隣接する側の側面には、第2励振電極50bが全長に亘って形成され、かつそれから錘部45の他方の振動腕に隣接する側の側面に連続して、第1溝部47の錘部45への延長部分に対応する範囲にまで延長して設けられている。一方の前記振動腕の第1励振電極49と他方の振動腕の第2励振電極50a,50bとが互いに接続されており、これらに交流電圧を印加することによって、両振動腕43,43が互いに接近又は離反する向きに振動する。
A
図4は、図3の右側の振動腕43が図中左向きに屈曲したときに、その表面に発生する表面電荷分布を示している。第1溝部47の側面47aには、前記錘部への延長部分の側面47bを含む全長に亘って正(+)の表面電荷が発生した。腕部44の両側面44a、錘部45の第2溝部48の前記第1溝部に隣接する側面、及び第1溝部47の該錘部への延長部分に対応する範囲にある内側の側面45aには、負(−)の表面電荷が発生した。これら以外の錘部45の部分は、表面電荷が発生しなかった。前記各側面の表面電荷密度は、いずれも基端側が高く、先端側が低かった。振動腕43が逆向きに屈曲すると、その表面に発生する表面電荷は、極性が反転する。
FIG. 4 shows a surface charge distribution generated on the surface of the
このように振動腕43は、その屈曲振動により表面電荷が発生する領域が、第1溝部47を錘部45の領域まで延長させ、前記錘部の突出部分46に第2溝部48を設け、かつ前記錘部の他方の振動腕に隣接する側面45aを腕部の側面と同一面に形成することによって、錘部45まで拡大されている。その結果、振動腕43の励振に貢献する第1及び第2励振電極49,50a,50bを、腕部44だけでなく、錘部45の領域にも形成することができる。本実施例の圧電振動片41は、第1実施例に比して錘部の質量効果は幾分低減するが、第1実施例と同様に、小型化の要求に対応して振動腕を短くしても、励振電極の面積を大きくして励振効率を高めることができるので、CI値を低減させることができる。
Thus, the vibrating
図5(A)〜(C)は、本発明による音叉型圧電振動片の第3実施例を概略的に示している。本実施例の音叉型圧電振動片51は第2実施例の変形例であり、振動腕43の錘部45が、内側即ち他方の振動腕に隣接する側にも、第2励振電極50bを形成した側面45aよりも先端側でかつ該側面から幅方向に突出する部分52を更に有する点において、第2実施例と異なる。このように追加の突出部分52を設けることによって、圧電振動片51は、第2実施例に比して、突出部分52を追加した分だけ、両振動腕の間隔を拡げなければならないが、より高い質量効果が得られると共に、振動腕43の長手方向の中心線に関して左右のバランスを改善することができる。
FIGS. 5A to 5C schematically show a third embodiment of a tuning-fork type piezoelectric vibrating piece according to the present invention. The tuning fork type
図6は、図5の右側の振動腕43が図中左向きに屈曲したときに、その表面に発生する表面電荷分布を示している。第2実施例と同様に、第1溝部47の側面47aには、前記錘部への延長部分の側面47bを含む全長に亘って正(+)の表面電荷が発生した。腕部44の両側面、錘部45の第2溝部48の前記第1溝部に隣接する側面、及び第1溝部47の延長部分に対応する範囲にある内側の側面45aには、負(−)の表面電荷が発生した。これら以外の錘部45の部分は、表面電荷が発生しなかった。前記各側面の表面電荷密度は、いずれも基端側が高く、先端側が低かった。振動腕43が逆向きに屈曲すると、その表面に発生する表面電荷は、極性が反転する。
FIG. 6 shows a surface charge distribution generated on the surface of the
本実施例も、振動腕43は、その屈曲振動により表面電荷が発生する領域が錘部45まで拡大され、その励振に貢献する第1及び第2励振電極49,50a,50bを、腕部44及び錘部45の領域にも形成することができる。従って、圧電振動片51は、第2実施例と同様に、小型化の要求に対応して振動腕を短くしても、励振電極の面積を大きくして励振効率を高めることができるので、CI値を低減させることができる。
Also in this embodiment, the vibrating
図7(A)〜(C)は、本発明による音叉型圧電振動片の第4実施例を概略的に示している。本実施例の音叉型圧電振動片61は、第3実施例の変形例であり、振動腕43の錘部45には、突出部分52から基部側の側面即ち第2励振電極50bが形成された内側の側面45aに突条62が設けられている点において、第3実施例と異なる。突条62は、第2溝部48の底部に対応する位置に該底部と略同じ厚さに、かつ突出部分52と同じ幅に形成される。このように突条62を設けることによって、圧電振動片61は、錘部45の内側の側面45aに第2励振電極50bの面積を十分に確保しつつ、両振動腕の間隔を更に拡げることなく、錘部に更に質量を付加し、かつ第3実施例に比して、振動腕43の長手方向の中心線に関して左右のバランスをより改善することができる。
7A to 7C schematically show a fourth embodiment of a tuning-fork type piezoelectric vibrating piece according to the present invention. The tuning-fork type
図8は、図7の右側の振動腕43が図中左向きに屈曲したときに、その表面に発生する表面電荷分布を示している。第3実施例と同様に、第1溝部47の側面47aには、前記錘部への延長部分の側面47bを含む全長に亘って正(+)の表面電荷が発生した。腕部44の両側面44a、錘部45の第2溝部48の前記第1溝部に隣接する側面、及び第1溝部47の延長部分に対応する範囲の突条62を除く内側の側面45aには、負(−)の表面電荷が発生した。これら以外の錘部45の部分は、表面電荷が発生しなかった。前記各側面の表面電荷密度は、いずれも基端側が高く、先端側が低かった。振動腕43が逆向きに屈曲すると、その表面に発生する表面電荷は、極性が反転する。
FIG. 8 shows a surface charge distribution generated on the surface of the
本実施例も、振動腕43は、その屈曲振動により表面電荷が発生する領域が錘部45まで拡大され、その励振に貢献する第1及び第2励振電極49,50a,50bを、腕部44及び錘部45の領域にも形成することができる。従って、圧電振動片61は、第2実施例と同様に、小型化の要求に対応して振動腕を短くしても、励振電極の面積を大きくして励振効率を高めることができるので、CI値を低減させることができる。
Also in this embodiment, the vibrating
図9(A)〜(C)は、本発明による音叉型圧電振動片の第5実施例を概略的に示している。本実施例の音叉型圧電振動片71は、第2実施例の別の変形例であり、振動腕43の錘部45は、突出部分46の第2溝部が省略されている点において、第2実施例と異なる。本実施例は、第2実施例に比して、錘部45に第2溝部及びその内面の第1電極を形成する工程を省略できるので、工数を少なくし、製造コストを低減することができる。
FIGS. 9A to 9C schematically show a fifth embodiment of a tuning-fork type piezoelectric vibrating piece according to the present invention. The tuning fork type
第1溝部47の内面には、前記錘部への延長部分を含む全長に亘って第1励振電極49が形成されている。第1励振電極50aは、腕部44の外側即ち他方の振動腕とは反対側の側面にのみ形成されている。第2励振電極50bは、第2実施例と同様に、腕部44の内側即ち他方の振動腕に隣接する側面及び、錘部45の第1溝部47の延長部分に対応する範囲にある内側の側面45aに連続して形成されている。また、第2溝部を省略したことによって、第1溝部47の前記錘部への延長部分は、外側の側面即ち他方の振動腕とは反対側の側面に第1励振電極49を設けなくても良い。
A
図10は、図9の右側の振動腕43が図中左向きに屈曲したときに、その表面に発生する表面電荷分布を示している。第2実施例と同様に、腕部44の両側面44a、及び錘部45の第1溝部47の延長部分に対応する範囲にある内側の側面45aには、負(−)の表面電荷が発生した。これ以外の錘部45の部分は、表面電荷が発生しなかった。第1溝部47の内部は、腕部44の範囲にある内側及び外側の側面に全長に亘って正(+)の表面電荷が発生したが、前記錘部45への延長部分では、内側の側面にのみ正(+)の表面電荷が発生し、外側の側面47bに表面電荷が発生しなかった。前記各側面の表面電荷密度は、いずれも基端側が高く、先端側が低かった。振動腕43が逆向きに屈曲すると、その表面に発生する表面電荷は、極性が反転する。
FIG. 10 shows a surface charge distribution generated on the surface of the
本実施例も、振動腕43は、その屈曲振動により表面電荷が発生する領域が、上記各実施例よりも少ないが、従来技術に比して錘部45の領域まで拡大され、その励振に貢献する第1及び第2励振電極49,50bを、腕部44及び錘部45の領域にも形成することができる。従って、圧電振動片71は、第2実施例と同様に、小型化の要求に対応して振動腕を短くしても、励振電極の面積を大きくして励振効率を高めることができるので、CI値を低減させることができる。
In this embodiment as well, the
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、振動腕の第1溝部及び第2溝部は、その先端又は先端付近まで延長させることができ、振動腕の表面又は裏面の一方にのみ形成しても良い。また、第1溝部は、腕部の全長に亘って設けなくてもよく、腕部の長手方向に沿って短くしたり途中で分断させることもできる。更に第1励振電極も、第1溝部の全長に亘って設けなくてもよく、その長手方向に短くしたり途中で分断させることもできる。上記実施例は、いずれも音叉型振動片について説明したが、屈曲振動モードで振動する1本以上の振動腕を有する限り、それ以外の様々な圧電デバイスについて適用することができる。 The present invention is not limited to the above embodiments, and can be implemented with various modifications or changes within the technical scope thereof. For example, the first groove portion and the second groove portion of the vibrating arm can be extended to the tip or the vicinity of the tip, and may be formed only on one of the front surface or the back surface of the vibrating arm. Further, the first groove portion does not have to be provided over the entire length of the arm portion, and can be shortened along the longitudinal direction of the arm portion or divided in the middle. Furthermore, the first excitation electrode may not be provided over the entire length of the first groove portion, and may be shortened in the longitudinal direction or divided in the middle. In the above-described embodiments, the tuning fork type vibrating piece has been described. However, as long as one or more vibrating arms that vibrate in the bending vibration mode are provided, the present invention can be applied to various other piezoelectric devices.
1,11,21,41,51,61,71…圧電振動片、2,12,22,42…基部、3,13,23,43…振動腕、4,14,24,44…腕部、4a,6a,14a,16a,24a,27a,27b,28a,44a,45a,47a,47b…側面、5,15,25,45…錘部、6,16…溝部、7,17,29,49…第1励振電極、8,18,30,50a,50b…第2励振電極、9,19…接続電極、26,46,52…突出部分、27,47…第1溝部、28,48…第2溝部、62…突条。
1,11,21,41,51,61,71 ... piezoelectric vibrating piece, 2,12,22,42 ... base, 3,13,23,43 ... vibrating arm, 4,14,24,44 ...
Claims (6)
前記振動腕が、前記基部に結合した所定の幅の腕部と、その幅方向に前記腕部の側面から突出する部分を有するように振動腕先端に形成した広幅の錘部とからなり、
前記振動腕の表面及び裏面の少なくとも一方にその長手方向に沿って形成された第1溝部と、前記第1溝部の側面に形成した第1励振電極と、前記振動腕の側面に形成した第2励振電極とを有し、
前記第1溝部が、前記腕部から前記錘部の領域まで延長するように設けられ、
前記錘部が、その幅方向の少なくとも一方の側に、前記第1溝部の側面と平行に延長しかつ前記腕部の側面から連続してそれと同一面をなす側面を有し、
前記第2励振電極が、前記腕部の側面と該側面に連続する前記錘部の側面とに連続して形成されていることを特徴とする圧電振動片。 A base and a vibrating arm that extends from the base and vibrates in a flexural vibration mode;
The vibrating arm includes an arm portion having a predetermined width coupled to the base portion, and a wide weight portion formed at the tip of the vibrating arm so as to have a portion protruding from a side surface of the arm portion in the width direction thereof.
A first groove formed along the longitudinal direction on at least one of the front and back surfaces of the vibrating arm, a first excitation electrode formed on a side surface of the first groove, and a second groove formed on a side surface of the vibrating arm. An excitation electrode,
The first groove portion is provided so as to extend from the arm portion to the region of the weight portion,
The weight portion has a side surface extending parallel to the side surface of the first groove portion and continuously extending from the side surface of the arm portion on at least one side in the width direction;
The piezoelectric vibrating piece, wherein the second excitation electrode is continuously formed on a side surface of the arm portion and a side surface of the weight portion continuous with the side surface.
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