JP2012235391A - 音叉型圧電振動片 - Google Patents

Abstract

【課題】振動腕の断面に工夫をすることにより、振動特性を損なうことなく、また、一般の露光装置を用いることが可能とされる、対向側面に長さ方向に分割された電極を備えた音叉型圧電振動片を提供することを課題とする。
【解決手段】音叉型圧電振動片１は、基部２と、この基部２の両端からこれと直角方向に、且つ、同じ側に延出した一対の平行な振動腕３が一体的に形成され、各振動腕３の側面３２であって、表裏の主面３１を除いた側面３２のそれぞれは、振動腕３の長さ方向に沿って、互いに平行であるが互いにずれている２つの段差平面３３とこの２つの段差平面３３を結ぶ遷移面３４を有しており、段差平面３３のそれぞれには、遷移面３４上の非電極部５によって互いに隔てられている電極４がそれぞれ形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、音叉型水晶振動片に代表されるような音叉型圧電振動片に関し、音叉型圧電振動子あるいは音叉型圧電発振器等の圧電振動片として用いることができるものである。

圧電振動片の圧電材料は、その結晶構造、及び、用途に応じて必要な電界方向が決定され、電界を形成するための電極は、振動片の形を作った圧電材料に金属膜及びレジスト膜を形成し、これをフォトエッチングすることによって得られる。

音叉型圧電振動片は、基部と、少なくとも２つの振動腕を有し、２つの振動腕は、この基部から、互いに平行に、同方向、且つ、直角方向に延在するようにように形成されている。圧電振動片においても、電子部品の小型化の流れに沿ってますます小型化してきており、上記２つの振動腕の間隔もきわめて狭いものとなってきている。

上述のように、電極は、結晶構造と用途に応じて様々な箇所に形成することができるのであるが、音叉型圧電振動片にあっては、その構造上の制約から、振動腕が互いに向かい合っている側の側面(これを、対向側面という。)のそれぞれについて、図１に示すような、振動腕の長さ方向に分割された２つの平行な電極を形成することは困難であった。なお、図中、符号３は振動腕、符号４は電極を示している。

上記困難とする理由は、対向側面に振動腕の長さ方向に分割された電極を形成するには、腕全体に形成された金属膜の内、非電極部となる部分のレジスト膜ｃ（図２）をフォトエッチングによって除去する必要がある。そして、図２に示されるように、音叉型圧電振動片の場合、互いに接近した２つの振動腕３が互いに影を作ることから、各対向側面の２つの平行な電極は、限られた隙間を通しての斜めからの露光ａになる上、仮に、そのような斜めから露光を許すとしても、そのような特殊な露光装置は一般に使用することはできないからである。

このような理由から、対向側面の各面に平行な電極を形成することは一般に行われていない。図６、図７には、対向側面を含んで側面に電極を形成した例の断面図を示す。

図６の例は、振動腕の側面３２（対向側面３２１を含む。）と主面３１とに形成された電極４により電界ｂを形成する。この対となる電極同士が互いに直角をなしているため、電気力線は曲線形状を描き振動に寄与しない垂直方向成分が多く存在することとなり、振動腕を効率良く振動させることができない。

図７の例は、振動腕の主面に設けた電極溝４１内に電極を形成し、これと側面（対向側面３２１を含む。）とに形成された電極４により電界を形成する。振動腕３の長さ方向に電極溝４１を形成しなければならず、振動腕３の幅を広くしなければならない。

なお、特許文献１の図６、あるいは、特許文献２の図１３には、対向側面に長さ方向に分割された電極を備えた音叉型圧電振動片について記載されているが、どのようにしてこれが形成されたものなのかについては何も開示されていない。

特開昭５６−０８９１１４号公報 特開昭５８−１１１５１５号公報

本発明は、振動腕の断面に工夫をすることにより、振動特性を損なうことなく、また、一般の露光装置を用いることが可能とされる、対向側面に長さ方向に分割された電極を備えた音叉型圧電振動片を提供することを課題とするものである。

上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明は、基部と、この基部の両端からこれと直角方向に、且つ、同じ側に延出した一対の平行な振動腕が一体的に形成された音叉型圧電振動片であって、上記各振動腕の側面であって、表裏の主面を除いた側面のそれぞれは、振動腕の長さ方向に沿って、互いに平行であるが互いにずれている２つの段差平面とこの２つの段差平面を結ぶ遷移面を有しており、上記段差平面のそれぞれには、上記遷移面上の非電極部によって互いに隔てられている電極がそれぞれ形成されていることを特徴とする音叉型圧電振動片である。

第２番目の発明は、第１番目の発明の音叉型圧電振動片において、この音叉型圧電振動片は、水晶を素材とするものであることを特徴とする音叉型圧電振動片である。

第３番目の発明は、第２番目の発明の音叉型圧電振動片において、上記表裏の主面は、結晶軸のＺ軸と直交し、上記振動腕の長さ方向は、結晶軸のＹ軸に沿ったものであり、上記段差平面のずれの方向は、結晶軸のＸ軸方向であることを特徴とする音叉型圧電振動片である。

第４番目の発明は、第３番目の発明の音叉型圧電振動片において、上記遷移面は、音叉型振動子の主面の形状を有するマスクを上記段差の量だけずらして素材の両主面に形成したものをウエットエッチングすることにより形成されたものであることを特徴とする音叉型圧電振動片である。

第５番目の発明は、第４番目の発明の音叉型圧電振動片において、上記非電極部は、振動腕に形成された金属膜上のレジスト膜の上記遷移面の部分を上記主面と直交する方向から紫外線露光してフォトエッチングすることにより、上記金属膜を除去したものであることを特徴とする音叉型圧電振動片である。

本発明の音叉型圧電振動片は、各振動腕の側面であって、表裏の主面を除いた側面のそれぞれは、振動腕の長さ方向に沿って、互いに平行であるが互いにずれている２つの段差平面とこの２つの段差平面を結ぶ遷移面を有しているという構造をとっているため、遷移面のレジスト膜は通常の露光装置を用いて、主面と直交する方向から露光することによって非電極部を形成することができる。この構造により、音叉型圧電振動片であっても振動腕の側面、特に対向側面に、長さ方向に平行な２つの電極を形成することができるので、他の電極との組み合わせで多様なタイプの電極対を形成することができる。

音叉型圧電振動片において、振動腕の対向側面に、長さ方向に平行な２つの電極を形成した場合を説明するための斜視図である。 音叉型圧電振動片の振動腕の対向側面に電極成形する場合の露光の方向を示す説明図である。 本発明の音叉型圧電振動片の全体図（図３（１））と、その振動腕の先端部斜視図（図３（２））であって、段差平面に電極が、遷移面に非電極部が形成されていることを説明する説明図である。 ウエットエッチングにより、遷移面が形成される様子を示す模式図である。 本発明の音叉型圧電振動片に対する非電極部の露光を説明するための説明図である。 対向側面を含んで側面に電極を形成したものの一例（従来例）を示す断面図である。 対向側面を含んで側面に電極を形成したものの他の一例（従来例）を示す断面図である。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。本発明の音叉型圧電振動片１は、基部２と、この基部２の両端からこれと直角方向に、且つ、同じ側に延出した一対の平行な振動腕３が一体的に形成されている。

上記各振動腕３の側面３２であって、表裏の主面３１を除いた側面３２のそれぞれは、振動腕３の長さ方向に沿って、互いに平行であるが段差ｆだけ互いにずれている２つの段差平面３３とこの２つの段差平面３３を結ぶ遷移面３４を有している。上記段差平面３３のそれぞれには、上記遷移面３４上の非電極部５によって互いに隔てられている電極４がそれぞれ形成されている。

上述のように本発明の音叉型圧電振動片１は、振動腕３が２つの主面３１の間、つまり、表裏で、ずれていることが大きな特徴であり、この「表裏でずれていること」によって、段差平面３３と遷移面３４が形成され、段差平面３３が電極４に、又、遷移面３４が非電極部５となるような加工をすることができる。

上記段差平面３３と遷移面３４は、次のようにして形成することができる。すなわち、図４に示すように、所定の厚さの圧電材料の表面に、音叉型圧電振動片となる部分を除いて他の部分が開口したマスクｇを形成し、これをウエットエッチングする。なお、圧電材料には水晶を選ぶことができ、結晶方位は図３（２）に示されるように振動腕３の幅方向をｘ軸、厚さ方向（主面が直交する方向）をｚ軸、長さ方向をｙ軸にとっている。振動方向は矢印ｅで示されている。

図４に示されるように、マスクｇの開口部は、圧電材料の表裏で段差ｆだけずらして形成しておく。エッチングが開始されると、上下から内部に向かって加工が進行し、左右には面（段差平面３３）が形成される。それぞれの除肉空間は加工が進行するとやがて中央部で出会うが、もともと除肉空間が段差ｆだけずれているため、互いの中心から左右（図４）にｆだけずれた部分において最初の貫通が生じる。

このとき貫通した孔の回りは非常に薄いため、エッチングは点線ｈ、ｉで示すように左右に進行し、やがて遷移面３４が形成される。遷移面３４は、主面側から（上下から）見える面であり、露光光をほぼ正面から照射することができる点が重要である。

上記工程を終えた圧電材料から残ったマスクｇを除去すると、電極の形成がされていない点を除いて音叉型圧電振動片と同じものができあがる。そして、改めて、電極となる金属膜とその上にレジスト膜を形成する。

図５は、金属膜とレジスト膜ｃが形成された圧電材料をフォトエッチングする様子を示す説明図である。主面側から紫外線の露光光ａを照射することができ、金属膜をフォトエッチングできる面が遷移面３４として形成されているため、○囲いｊで示すように、マスクｄを通して通常の露光装置により遷移面３４をエッチングすることができる。反対側の遷移面３４についても表裏反対にして同様の処理をすることができる。なお、段差ｆは２つの電極を分離する非電極部分を作るだけの幅があればよいので、振動特性が実質的に損なわれるようなことはない。

以上、本発明の音叉型水晶振動片によれば、振動腕の断面に遷移面を形成するという工夫をしたことにより、振動特性を損なうことなく、対向側面に振動腕の長さ方向に分割された２つの平行な電極を形成することが可能となった。また、一般の紫外線露光装置を用いることができ特殊な装置を要しないで済むメリットがある。

１ 音叉型圧電振動片
２ 基部
３ 振動腕
３１ 主面
３２ 側面
３２１ 対向側面
３３ 段差平面
３４ 遷移面
４ 電極
４１ 電極溝
５ 非電極部
ａ 露光光
ｂ 電界
ｃ レジスト膜
ｄ マスク
ｅ 振動方向
ｆ 段差
ｇ マスク
ｈ、ｉ 点線

Claims (5)

1. 基部と、この基部の両端からこれと直角方向に、且つ、同じ側に延出した一対の平行な振動腕が一体的に形成された音叉型圧電振動片であって、
   上記各振動腕の側面であって、表裏の主面を除いた側面のそれぞれは、振動腕の長さ方向に沿って、互いに平行であるが互いにずれている２つの段差平面とこの２つの段差平面を結ぶ遷移面を有しており、
   上記段差平面のそれぞれには、上記遷移面上の非電極部によって互いに隔てられている電極がそれぞれ形成されていること
   を特徴とする音叉型圧電振動片。
2. 請求項１に記載された音叉型圧電振動片において、
   この音叉型圧電振動片は、水晶を素材とするものであること
   を特徴とする音叉型圧電振動片。
3. 請求項２に記載された音叉型圧電振動片において、
   上記表裏の主面は、結晶軸のＺ軸と直交し、上記振動腕の長さ方向は、結晶軸のＹ軸に沿ったものであり、上記段差平面のずれの方向は、結晶軸のＸ軸方向であること
   を特徴とする音叉型圧電振動片。
4. 請求項３に記載された音叉型圧電振動片において、
   上記遷移面は、音叉型振動子の主面の形状を有するマスクを上記段差の量だけずらして素材の両主面に形成したものをウエットエッチングすることにより形成されたものであること
   を特徴とする音叉型圧電振動片。
5. 請求項４に記載された音叉型圧電振動片において、
   上記非電極部は、振動腕に形成された金属膜上のレジスト膜の上記遷移面の部分を上記主面と直交する方向から紫外線露光してフォトエッチングすることにより、上記金属膜を除去したものであること
   を特徴とする音叉型圧電振動片。

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