JP5565448B2 - Vibrating piece, vibrator, oscillator, sensor and device - Google Patents
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Description
本発明は、圧電振動片と、パッケージやケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイスの改良に関する。 The present invention relates to an improvement of a piezoelectric vibrating piece and a piezoelectric device in which the piezoelectric vibrating piece is accommodated in a package or a case.
HDD(ハード・ディスク・ドライブ)、モバイルコンピュータ、あるいはICカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器や圧電ジャイロセンサー等において、圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
図9は、圧電デバイスに従来より用いられている圧電振動片の一例を示す概略平面図であり、図10は図9のA−A線切断端面図である。
図において、圧電振動片1は、水晶などの圧電材料をエッチングすることにより、図示する外形を形成するもので、パッケージ(図示せず)等に取付けられる矩形の基部2と、基部2から図において右方に延長された一対の振動腕3,4を備えており、これら振動腕の主面(表裏面)に長溝3a,4aを形成するとともに、必要な励振用の電極を形成したものである(特許文献1参照)。
このような圧電振動片1においては、励振用の電極を介して駆動電圧が印加されると、各振動腕3,4の先端部を近接・離間するようにして、屈曲振動することにより、所定の周波数の信号が取り出されるようになっている。
Piezoelectric vibrators and piezoelectrics in small information devices such as HDDs (hard disk drives), mobile computers, IC cards, mobile communication devices such as mobile phones, car phones, and paging systems, and piezoelectric gyro sensors Piezoelectric devices such as oscillators are widely used.
FIG. 9 is a schematic plan view showing an example of a piezoelectric vibrating piece conventionally used in a piezoelectric device, and FIG. 10 is an end view taken along line AA in FIG.
In the figure, a piezoelectric vibrating reed 1 is formed by etching a piezoelectric material such as quartz to form the outer shape shown in the figure. A
In such a piezoelectric vibrating piece 1, when a driving voltage is applied via an excitation electrode, a bending vibration is performed so that the tip portions of the vibrating
ところで、このような圧電振動片1は、これを利用した圧電デバイスが取付けられる上記した種々の製品の小型化にともない、小型に形成することがもとめられており、このため、圧電振動片1もできる限り小型に形成しなければならず、特にその全長AL1を小さくすることがもとめられる。そして、製品の小型化は不断に進展していることから、圧電振動片1においては、より小型に形成していくことができる構造がもとめられている。
ここで、図示のような音叉型圧電振動片である圧電振動片1の周波数fは、振動腕3,4の長さをl、腕幅をwとした場合、w/l2に比例する。
このことは、一方向に長い圧電振動片1を小型化しようとして、図9における全長AL1の大きさを小さくしようとする場合、振動腕の長さlを短くすると、周波数が高くなることを意味する。また、振動腕の幅wが小さくなると、周波数は下がる。このことから、従来の周波数を維持して、小型化を図るためには、振動腕の長さをある程度短くしつつ腕幅wを小さくしなければならない。
By the way, such a piezoelectric vibrating piece 1 is required to be formed in a small size in accordance with the downsizing of the above-described various products to which the piezoelectric device using the piezoelectric vibrating piece 1 is attached. It must be formed as small as possible. In particular, it is required to reduce the overall length AL1. Since downsizing of products is constantly progressing, the piezoelectric vibrating reed 1 has a structure that can be made smaller.
Here, the frequency f of the piezoelectric vibrating reed 1 that is a tuning fork type piezoelectric vibrating reed as shown is proportional to w /
This means that when the piezoelectric vibrating reed 1 that is long in one direction is to be reduced in size and the total length AL1 in FIG. 9 is to be reduced, the frequency is increased if the length l of the vibrating arm is reduced. To do. In addition, the frequency decreases as the width w of the vibrating arm decreases. From this, in order to maintain the conventional frequency and reduce the size, it is necessary to reduce the arm width w while shortening the length of the vibrating arm to some extent.
ところで、圧電振動片1を小型化する上では、これまでの周波数である例えば32kHz(32.768kHz)を維持するために、振動腕3,4の長さlを短くし、腕幅wを小さくすることがもとめられるが、小型の圧電振動片1を加工する上では、その特性を維持しながら、特に腕幅wを小さく加工しようとすると、以下のような困難がある。
By the way, in reducing the size of the piezoelectric vibrating reed 1, the length l of the vibrating
具体的には、振動腕3,4には、図10に示すような溝3a,4aを加工する必要がある。図10のtの寸法は、例えば水晶ウエハなどの加工材料の条件に拘束されるため変化しないので、これまでのものが例えば100μmである場合においては、小型化する場合にも100μmである。
これに対して、腕幅wが、これまでのものが100μmであったものを、小型化により50μm程度とする場合を考える。腕幅100μmの際に、溝幅C1が70μm程度、側壁厚みS1,S1がそれぞれ15μm程度づつあったものが、腕幅wを50μm程度とすると、溝幅C1が40μm程度、側壁厚みS1,S1はそれぞれ5μm程度づつとしなければならない。
Specifically, it is necessary to process
On the other hand, consider a case where the arm width w is 100 μm so that the arm width w is about 50 μm by downsizing. When the arm width is 100 μm, the groove width C1 is about 70 μm and the side wall thicknesses S1 and S1 are about 15 μm. If the arm width w is about 50 μm, the groove width C1 is about 40 μm and the side wall thicknesses S1 and S1. Must be about 5 μm each.
このような圧電振動片を作った場合には、振動腕3,4の剛性は大きく低下し、駆動電圧の印加による上述の屈曲振動の際には、図10におけるZ方向の振幅が加わり、振動腕3,4のX方向に沿った屈曲振動が、矢印SF,SFで誇張して示すような屈曲振動になってしまう。
図11は、従来構造のまま圧電振動片を小型化した場合の振動特性を示すグラフであり、図の横軸に沿って、駆動電圧のレベルを徐々に増大させると、縦軸の周波数変化がマイナス方向に生じる。このことは、図10のZ方向振動の成分が多くなって、エネルギーロスの多い振動となってしまうことを示しており、CI(クリスタルインピーダンス)値の増大の原因となる。
When such a piezoelectric vibrating piece is made, the rigidity of the vibrating
FIG. 11 is a graph showing the vibration characteristics when the piezoelectric vibrating piece is miniaturized with the conventional structure. When the drive voltage level is gradually increased along the horizontal axis of the figure, the frequency change on the vertical axis changes. It occurs in the negative direction. This indicates that the component of the Z direction vibration in FIG. 10 increases, resulting in vibration with a lot of energy loss, which causes an increase in CI (crystal impedance) value.
また、CI値を抑制するための効果的な対策としては、図9で説明した長溝3a,4aを長くして、励振用の電極を形成する面積を増やす方法がある。しかしながら、圧電振動片には、複数の振動モードがあり、通常使用される基本波は、例えば32.768kHzで、これに対して、圧電振動片1の2次の高調波は、250kHz付近にある。長溝3a,4aを長くして、基本波のCI値を低くできたとしても、2次の高調波のCI値も低くなることで、高調波のCI値/基本波のCI値、である「CI値比」が小さくなると、基本波ではなく高調波での発振の可能性が出てくる。
As an effective measure for suppressing the CI value, there is a method in which the
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、CI値を抑え、かつ振動特性を悪化させることなく小型化が可能な圧電振動片と、このような圧電振動片を利用した圧電デバイスを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. A piezoelectric vibrating piece that can be reduced in size without suppressing the CI value and without deteriorating the vibration characteristics, and a piezoelectric element using such a piezoelectric vibrating piece. The purpose is to provide a device.
本発明は、上記の目的の少なくとも一部を達成するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
本発明のある実施形態に係る振動片は、基部と、前記基部の一方の基部端部から延出し、前記基部の幅方向に並んで設けられている複数の振動腕と、前記振動腕と前記基部との境に少なくとも配置されると共に、前記振動腕の先端側に設けられ2つの角部を含む前記幅方向に沿った辺を有する溝と、を備え、前記溝は、前記基部側の外縁に2つの角部を含み、前記振動腕は、前記一方の基部端部から先端側に向かって幅が徐々に縮幅している縮幅部を含み、前記振動腕の前記幅方向の一方の側面と前記溝の前記幅方向の一方の内側面との間を第1の幅、前記振動腕の前記幅方向の他方の側面と前記溝の前記幅方向の他方の内側面との間を第2の幅としたとき、前記振動腕は、前記第1の幅及び前記第2の幅の少なくとも何れかは、前記溝の先端側から前記基部側に向う方向に沿って徐々に大きくなっている領域を含むことを特徴とする。
本発明のある別の実施形態に係る振動片は、前記振動腕は、基端部から前記先端側に向うに従って、前記幅方向の腕幅が徐々に小さくなっている腕部を含むことを特徴とする。
本発明のある別の実施形態に係る振動片は、前記溝は、前記先端側よりも前記基部側の溝幅が狭くなっていることを特徴とする。
本発明のある別の実施形態に係る振動片は、前記腕部に配置されている溝は、前記先端側よりも前記基部側の溝幅が狭くなっていることを特徴とする。
本発明のある別の実施形態に係る振動片は、前記基部の前記一方の基部端部側寄りに切り込み部が設けられていることを特徴とする。
本発明のある別の実施形態に係る振動子は、前記振動片と、前記振動片が収容されているパッケージと、を含むことを特徴とする。
本発明のある別の実施形態に係る発振器は、前記振動片と、発振回路と、を含むことを特徴とする。
本発明のある別の実施形態に係るセンサーは、前記振動片を備えていることを特徴とする。
本発明のある別の実施形態に係るデバイスは、前記振動片を備えていることを特徴とする。
〔適用例1〕圧電材料により形成された基部と、前記基部と一体に形成され、互いに平行に延びる複数の振動腕と前記各振動腕の長手方向に沿って形成された長溝と、前記長溝に形成した励振用の電極とを備えており、前記各振動腕が、前記基部側において最も剛性が高く、先端側にいくに従い、徐々に剛性が低下する構成とされていることを特徴とする圧電振動片。
適用例1によれば、振動腕の根本部分が先端側と比較してその剛性を強化されることにより、2次の高調波における振動の際の大きく歪む位置をより先端側に位置させることができると考えられる。このことにより、長溝を長くして圧電材料の電界効率を上げて、基本波のCI値を低くしつつも、このことが、2次の高調波のCI値の低下を招くことがないようにすることができる。かくして、小型化しても、基本波のCI値だけを低く抑えることができる。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to achieve at least part of the above object, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
A vibrating piece according to an embodiment of the present invention includes a base, a plurality of vibrating arms extending from one base end of the base, and arranged side by side in the width direction of the base, the vibrating arm, and the A groove that is disposed at a boundary with the base portion and has a side along the width direction including two corner portions provided on the tip side of the vibrating arm, and the groove has an outer edge on the base side And the vibrating arm includes a reduced width portion whose width gradually decreases from the one base end portion toward the distal end side, and one of the vibrating arms in the width direction is provided. A first width between the side surface and one inner side surface of the groove in the width direction, and a first width between the other side surface of the vibrating arm in the width direction and the other inner side surface of the groove in the width direction. When the width of the vibration arm is 2, at least one of the first width and the second width is the tip of the groove. Characterized in that it comprises a region that gradually increases along from the side in a direction toward the base side.
In the resonator element according to another embodiment of the invention, the vibrating arm includes an arm portion whose arm width in the width direction gradually decreases from the base end portion toward the distal end side. And
A vibrating piece according to another embodiment of the present invention is characterized in that the groove has a narrower groove width on the base side than on the tip side.
A vibrating piece according to another embodiment of the present invention is characterized in that the groove disposed on the arm portion has a groove width on the base side narrower than that on the tip side.
A resonator element according to another embodiment of the present invention is characterized in that a cut portion is provided closer to the one base end side of the base portion.
A vibrator according to another embodiment of the present invention includes the vibrating piece and a package in which the vibrating piece is accommodated.
An oscillator according to another embodiment of the invention includes the resonator element and an oscillation circuit.
A sensor according to another embodiment of the present invention includes the vibrating piece.
A device according to another embodiment of the present invention includes the vibrating piece.
Application Example 1 A base portion formed of a piezoelectric material, a plurality of vibrating arms formed integrally with the base portion and extending in parallel with each other, long grooves formed along the longitudinal direction of the vibrating arms, and the long grooves A piezoelectric electrode characterized in that each of the vibrating arms has the highest rigidity on the base side and gradually decreases in rigidity toward the tip side. Vibrating piece.
According to the first application example, the rigidity of the root portion of the vibrating arm is strengthened compared to the tip side, so that the position where the second harmonic wave is greatly distorted can be positioned more on the tip side. It is considered possible. As a result, the long groove is lengthened to increase the electric field efficiency of the piezoelectric material, and the CI value of the fundamental wave is lowered, so that this does not cause a decrease in the CI value of the second harmonic. can do. Thus, even if the size is reduced, only the CI value of the fundamental wave can be kept low.
〔適用例2〕前記各振動腕は、先端にいくに従って徐々に腕幅が小さくなるように構成されていることを特徴とする圧電振動片。
適用例2によれば、振動腕に関して基部側の剛性が高く、先端にいくにしたがって剛性が低くなる構造を容易に実現できる。
Application Example 2 A piezoelectric vibrating piece characterized in that each vibrating arm is configured such that the arm width gradually decreases toward the tip .
According to the application example 2, it is possible to easily realize a structure in which the rigidity on the base side with respect to the vibrating arm is high and the rigidity is lowered toward the tip.
〔適用例3〕前記長溝が前記基部側において、溝幅が狭くなるように構成されていることを特徴とする圧電振動片。
適用例3によれば、長溝が設けられる振動腕においては、この長溝が前記基部側のその溝幅が小さくなるようにされることにより、長溝の両側の側壁の壁厚が増大するので、その領域の剛性は高くなる。このため、振動腕の基部側の剛性を高くし、先端側の剛性をこれより低くする構造を実現することができる。
Application Example 3 A piezoelectric vibrating piece characterized in that the long groove is configured to have a narrow groove width on the base side .
According to the application example 3 , in the vibrating arm provided with the long groove, the wall thickness of the side walls on both sides of the long groove is increased by reducing the width of the long groove on the base side. The rigidity of the region is increased. Therefore, it is possible to realize a structure in which the rigidity on the base side of the vibrating arm is increased and the rigidity on the distal end side is lowered.
〔適用例4〕前記長溝には、溝幅の方向に設けたリブ状もしくは壁状の補強部が、長溝の長さ方向に沿って複数設けられており、前記複数の補強部が、長溝の長さ方向に沿って、先端側にいく程大きな間隔をおいて形成されていることを特徴とする圧電振動片。
適用例4によれば、長溝に設けた前記補強部が、長溝の長さ方向に沿って、先端側にいく程大きな間隔をおいて形成されているので、前記基部側で振動腕の剛性が高く、先端側にいくにしたがい剛性が低下する構造を実現することができる。
Application Example 4 In the long groove, a plurality of rib-like or wall-like reinforcing portions provided in the groove width direction are provided along the length direction of the long groove, and the plurality of reinforcing portions are formed in the long groove. A piezoelectric vibrating piece , wherein the piezoelectric vibrating piece is formed with a greater distance along the length direction toward the tip side .
According to the application example 4 , since the reinforcing portion provided in the long groove is formed with a large interval toward the distal end side along the length direction of the long groove, the rigidity of the vibrating arm is increased on the base side. It is possible to realize a structure that is high and the rigidity decreases as it goes to the tip side.
〔適用例5〕前記基部の前記振動腕の基端部に近接した箇所には、部分的に幅方向に切り込んだ切り込み部が形成されていることを特徴とする圧電振動片。
適用例5によれば、振動腕側からの振動が基部側へ漏れ込むことを防止し、一層、CI値を低く抑えることができる。
Application Example 5 A piezoelectric vibrating piece in which a cut portion that is partially cut in the width direction is formed at a location near the base end portion of the vibrating arm of the base portion .
According to the application example 5 , the vibration from the vibrating arm side can be prevented from leaking to the base side, and the CI value can be further reduced.
〔適用例6〕パッケージまたはケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイスであって、前記圧電振動片が、圧電材料により形成された基部と、前記基部と一体に形成され、互いに平行に延びる複数の振動腕と前記各振動腕の長手方向に沿って形成された長溝と、前記長溝に形成した励振用の電極とを備えており、前記各振動腕が、前記基部側において最も剛性が高く、先端側にいくに従い、徐々に剛性が低下する構成とされていることを特徴とする圧電デバイス。 Application Example 6 A piezoelectric device in which a piezoelectric vibrating piece is accommodated in a package or a case, wherein the piezoelectric vibrating piece is formed of a piezoelectric material, and a plurality of base portions formed integrally with the base portion and extending in parallel with each other. Each vibration arm, a long groove formed along the longitudinal direction of each vibration arm, and an excitation electrode formed in the long groove, each vibration arm having the highest rigidity on the base side, A piezoelectric device characterized in that the rigidity gradually decreases as going to the tip side .
図1ないし図3は、本発明の圧電デバイスの実施形態を示しており、図1はその概略平面図、図2は図1のB−B線概略断面図、図3は図1のC−C線切断端面図である。
これらの図において、圧電デバイス30は、圧電振動子を構成した例を示しており、この圧電デバイス30は、図1および図2に示すように、パッケージ37内に圧電振動片32を収容している。パッケージ37は、図2に示すように、第1の基板55と第2の基板56とを積層して形成されており、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成形して図示の形状とした後で、焼結して形成されている。
1 to 3 show an embodiment of a piezoelectric device of the present invention, FIG. 1 is a schematic plan view thereof, FIG. 2 is a schematic sectional view taken along line BB of FIG. 1, and FIG. It is a C-line cut end view.
In these drawings, the
パッケージ37は、図2に示すように、第2の基板56の内側の材料を除去することで、内部空間Sのスペースを形成している。この内部空間Sが圧電振動片32を収容するための収容空間である。そして、第1の基板55に形成した電極部31,31の上に、導電性接着剤43,43を用いて、圧電振動片32の基部に設けた引出し電極33a,34aの箇所を載置して接合している。なお、電極部31,31はパッケージ裏面の実装端子41,42と導電スルーホールなどで接続されている。パッケージ37は、圧電振動片32を収容した後で、透明なガラス製の蓋体40が封止材38を用いて接合されることにより、気密に封止されている。これにより、蓋体40を封止した後で、外部からレーザ光LBを照射して圧電振動片32の電極(図示せず)などをトリミングして、周波数調整できるようになっている。
As shown in FIG. 2, the
圧電振動片32は、例えば水晶で形成されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム,ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。この圧電振動片32は、図1に示すように、パッケージ37側と固定される基部51と、この基部51を基端として、図において右に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕35,36を備えている。
各振動腕35,36の主面には、好ましくは、それぞれ長さ方向に延びる長溝33,34を形成し、図3に示すように、この長溝内に励振用の電極が設けられている(符号省略)。このような圧電振動片32の音叉状の外形と、各振動腕に設ける長溝は、それぞれ例えば水晶ウエハなどの材料をフッ酸溶液などでウエットエッチングしたり、ドライエッチングすることにより精密に形成することができる。
The piezoelectric vibrating
The main surfaces of the vibrating
励振電極は、この長溝内と、各振動腕の側面とに形成され、各振動腕について長溝内の電極と、側面に設けた電極が対となるようにされ、各電極は、図1で説明した引出し電極33a,34aにそれぞれ引き回されている。これにより、圧電デバイス30を実装基板などに実装した場合に、外部からの駆動電圧が、各実装端子41,42から、電極部31,31を介して圧電振動片32の各引出し電極33a,34aに伝えられ、上記した各励振電極に伝えられるようになっている。
The excitation electrode is formed in the long groove and on the side surface of each vibrating arm, and for each vibrating arm, the electrode in the long groove and the electrode provided on the side surface are paired. Each electrode is described in FIG. The drawn
これにより、長溝33,34内の励振電極に駆動電圧が印加されることによって、駆動時に、各振動腕の長溝が形成された領域の内部の電界効率を高めることができるようになっている。長溝33,34が長い程、振動腕35,36を形成する材料について電界効率が向上し、振動腕の全長Lに対して、長溝33,34の基部51からの長さPLが、少なくともPL/L=0.7程度までは、長くするほど圧電振動片32のCI値は下がることがわかっている。
また、好ましくは、基部51には、この基部51の幅方向の寸法に関して部分的に縮幅して形成した凹部もしくは切り込み部44,44が形成されている。この切り込み部44,44は、基部51の各振動腕35,36の付け根に近接した箇所である。これにより、各振動腕35,36の屈曲振動による振動の基部51側への漏れ込みを大きく低減することができ、CI値の抑制効果を得ることができる。
Thereby, by applying a driving voltage to the excitation electrodes in the
Preferably, the
さらに、圧電振動片32においては、図1に示されている形状に各振動腕35,36が形成されている。各振動腕は同じ形状であるから、振動腕35について説明する。この実施形態では、基部51から延びる振動腕35の腕幅はW1で、その全長にわたって変化がない。
ところが、長溝33は、その基部51寄りの基端部で、溝幅MW1が小さく、先端にいくに従って溝幅MW2が次第に大きくなるようにされている。
Further, in the piezoelectric vibrating
However, the
これにより、振動腕35の根本部分が先端側と比較してその剛性を強化される。すなわち、振動腕35の長溝33において、溝幅が小さくされている符号MW1の箇所では、長溝33の両側の壁部(図3参照)の厚みが、振動腕35のより先端側の領域よりも厚くされることによって、剛性が強化されている。
このため、後述するように、2次の高調波における振動の際に大きく歪む位置を、振動腕35のより先端側に位置させることができると考えられ、このことにより、長溝33を長くして圧電材料の電界効率を上げて、基本波のCI値を低くしつつも、2次の高調波のCI値の低下を招くことがないようにすることができる。かくして、小型化しても、基本波のCI値を低く抑えることができる圧電振動片を提供することができる。
As a result, the rigidity of the root portion of the vibrating
For this reason, as will be described later, it is considered that a position that is greatly distorted at the time of vibration at the second harmonic can be positioned closer to the distal end side of the vibrating
この点について、さらに詳しく説明する。
図4は、従来の圧電振動片1と、本実施形態の圧電振動片32について、駆動電圧を印加して屈曲振動させる場合、横軸に示した圧電振動片の長さ方向に関して、各部の歪み量を縦軸に示したグラフであり、図4(a)は従来の圧電振動片1、図4(b)は本実施形態の圧電振動片32を示し、Aは基本波による振動時の歪み量、Bは2次の高調波による振動時の歪み量をそれぞれ表している。なお、これらの図において、圧電振動片の基部の切り込み部または凹部は図が複雑になるので、記載を省略している。
This point will be described in more detail.
FIG. 4 shows the distortion of each part of the conventional piezoelectric vibrating piece 1 and the piezoelectric vibrating
図4のグラフで示す歪み量に関して、基本波Aは、振動腕の先端になるに従い歪みは小さくなっていくが、高調波Bでは振動腕先端側に大きな歪みを持っているところがある。こうした歪み方の違いにより、励振電極を長くして行った時の基本波のCI値低下に比べ高調波のCI値低下は大きくなる。 また、図4(a)の従来の圧電振動片1においては、長溝3a,4aの長さPL1は、図9の振動腕の全長lを1としたとき、例えば0.5程度になるようにされている。これに対して、図4(b)の本実施形態の圧電振動片32では、長溝33,34の長さPL2は、図1の振動腕の全長Lを1としたとき、たとえば0.6程度としている。これによって、CI値が抑制されるようになっている。
Regarding the distortion amount shown in the graph of FIG. 4, the distortion of the fundamental wave A becomes smaller as it reaches the tip of the vibrating arm, but the harmonic B has a large distortion on the tip side of the vibrating arm. Due to the difference in the distortion method, the reduction in the CI value of the harmonics becomes larger than the reduction in the CI value of the fundamental wave when the excitation electrode is made longer. Further, in the conventional piezoelectric vibrating piece 1 of FIG. 4A, the length PL1 of the
ここで、圧電振動片の振動腕に関して、従来と同じ構造を採用すると、形成されている励振電極位置における2次高調波Bのマイナス歪み量が急激に増大する。
そうすると、基本波のCI値を低くできたとしても、2次の高調波のCI値はさらに低くなり、高調波のCI値/基本波のCI値であるCI値比が小さくなり、「1」を下回る。そうなると基本波ではなく高調波での発振の可能性がでてくる。
Here, if the same structure as the conventional structure is adopted for the vibrating arm of the piezoelectric vibrating piece, the amount of negative distortion of the second-order harmonic B at the position of the excitation electrode formed increases abruptly.
Then, even if the CI value of the fundamental wave can be lowered, the CI value of the second harmonic becomes further lower, and the CI value ratio that is the CI value of the harmonic / the CI value of the fundamental wave becomes small. Below. Then, there is a possibility of oscillation with harmonics instead of fundamental waves.
そこで、長溝33について、図1で説明したように、その基部51寄りの基端部で、溝幅MW1が小さく、先端にいくに従って溝幅MW2が次第に大きくなるようにしたことで、図4(a)と、図4(b)とを比較して理解されるように、2次の高調波の歪み量Bにおけるマイナス方向のピーク位置が、符号CM1と符号CM2とでそれぞれ示すように、距離MBで示す分だけ、圧電振動片の振動腕の長さ方向(図示のY方向)に沿って、先端側に移動する。
Therefore, as described in FIG. 1, the groove width MW1 is small at the base end portion near the
このことにより、形成されている励振電極位置における2次高調波Bのマイナス歪み量は低く抑えることができるようになる。こうして、基本波のCI値を低くしつつも、高調波のCI値の低下は抑えられることになる。 図5は、本実施形態の圧電振動片32についてのドライブ特性を示すグラフであり、図の横軸に沿って、駆動電圧のレベルを徐々に増大させると、縦軸の周波数変化がプラス方向に生じている。このことは、図10で説明したZ方向振動の成分を抑制でき、エネルギーロスが僅かであって、CI値が抑制できることを示している。
また、図6は、圧電振動片32のCI値比(高調波のCI値/基本波のCI値)を示しており、CI値比は全体として1よりも大きい。
かくして、圧電振動片32では、各振動腕35,36の電界効率を向上させて、CI値を低くすることができ、しかも2次の高調波のCI値は低くならないので、基本波での良好な振動特性を維持できる。
As a result, the amount of negative distortion of the second harmonic B at the position of the excitation electrode formed can be kept low. In this way, it is possible to suppress a decrease in the harmonic CI value while lowering the CI value of the fundamental wave. FIG. 5 is a graph showing the drive characteristics of the piezoelectric vibrating
FIG. 6 shows the CI value ratio of the piezoelectric vibrating piece 32 (CI value of harmonic / CI value of fundamental wave), and the CI value ratio is larger than 1 as a whole.
Thus, in the piezoelectric vibrating
図7は、圧電振動片の変形例1を示す概略平面図であり、図1の圧電振動片32と同じ符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複した説明は省略し、以下、相違点を中心に説明する。
圧電振動片60の各振動腕35,36の長溝33,34には、溝幅の方向に設けたリブ状もしくは壁状の補強部61が形成されている。各振動腕35,36は同じ構造であるから、振動腕36についてだけ説明すると、補強部61は、複数個が、長溝34の長さ方向にY沿って複数設けられている。
FIG. 7 is a schematic plan view showing Modification Example 1 of the piezoelectric vibrating piece, and the portions denoted by the same reference numerals as those of the piezoelectric vibrating
Rib-shaped or wall-shaped reinforcing
そして、これら複数の補強部61,61,61は、長溝の長さ方向に沿って、先端側にいく程、その間隔t1,t2,t3が次第に大きな間隔となるように設けられている。
このように、長溝34に設けた各補強部61,61,61が、長溝の長さ方向に沿って、先端側にいく程大きな間隔をおいて形成されているので、基部51側で振動腕36の剛性が高く、先端側にいくにしたがい剛性が低下する構造とされている。
これによって、上述の実施形態と同様、図4で説明したように、2次の高調波の歪み量Bにおけるマイナス方向のピーク位置が、符号CM1と符号CM2とでそれぞれ示すように、距離MBで示す分だけ、圧電振動片60の振動腕36の長さ方向(Y方向)に沿って、先端側に移動されているので、第1の実施形態と同様の作用効果を発揮することができる。
And these some
In this way, the reinforcing
Accordingly, as described in FIG. 4, the peak positions in the negative direction of the second-order harmonic distortion amount B are represented by the distance MB as indicated by the reference symbols CM1 and CM2, as described in FIG. Since it is moved to the tip side along the length direction (Y direction) of the vibrating
図8は、圧電振動片の変形例2を示す概略平面図であり、図1の圧電振動片32と同じ符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複した説明は省略し、以下、相違点を中心に説明する。
変形例2の圧電振動片70においては、各振動腕35,36が、先端にいくに従って徐々に腕幅が小さくなるように構成されている。各振動腕35,36は同じ構造であるから、振動腕36についてだけ説明すると、振動腕36の基端部側の腕幅W3は、先端側の腕幅W2よりも大きく、腕幅は、基端部から先端側にいくに従って、徐々に小さくなるようにされている。
これにより、基部51側で振動腕36の剛性が高く、先端側にいくにしたがい剛性が低下する構造とされている。
FIG. 8 is a schematic plan view showing Modification Example 2 of the piezoelectric vibrating piece, and the portions denoted by the same reference numerals as those of the piezoelectric vibrating
In the piezoelectric vibrating
Thereby, the rigidity of the vibrating
さらに好ましくは、長溝34に関して、その基部51寄りの領域である領域Rtの箇所において、溝幅が小さく形成されている。
このため、長溝34の領域Rtに関しては、溝をはさむ両側の壁部の厚みが大きいことから、振動腕36の基部51に近接した領域の剛性は、その領域より先端側と比べると、より高い剛性となるようにされている。
これによって、上述の実施形態と同様、図4で説明したように、2次の高調波の歪み量Bにおけるマイナス方向のピーク位置が、符号CM1と符号CM2とでそれぞれ示すように、距離MBで示す分だけ、圧電振動片70の振動腕36の長さ方向(Y方向)に沿って、先端側に移動されているので、第1の実施形態と同様の作用効果を発揮することができる。
More preferably, with respect to the
For this reason, with respect to the region Rt of the
Accordingly, as described in FIG. 4, the peak positions in the negative direction of the second-order harmonic distortion amount B are represented by the distance MB as indicated by the reference symbols CM1 and CM2, as described in FIG. Since it is moved to the tip side along the length direction (Y direction) of the vibrating
本発明は上述の実施形態に限定されない。所謂音叉型の圧電振動片において、その振動腕の根本付近の剛性が高くされる構成を備えていれば、上述の実施形態や変形例以外の構造を備えるものも本発明の範囲である。
また、各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、この発明は、箱状のパッケージに圧電振動片を収容したものに限らず、シリンダー状の容器に圧電振動片を収容したもの、圧電振動片をジャイロセンサとして機能するようにしたもの、さらには、圧電振動子、圧電発振器等の名称にかかわらず、圧電振動片を利用したあらゆる圧電デバイスに適用することができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment. A so-called tuning-fork type piezoelectric vibrating piece is within the scope of the present invention if it has a configuration in which the rigidity near the root of the vibrating arm is increased.
In addition, each configuration of each embodiment can be appropriately combined or omitted, and can be combined with other configurations not shown.
The present invention is not limited to the case where the piezoelectric vibrating piece is accommodated in the box-shaped package, the case where the piezoelectric vibrating piece is accommodated in the cylindrical container, the piezoelectric vibrating piece functioning as a gyro sensor, Can be applied to any piezoelectric device using a piezoelectric vibrating piece regardless of the name of a piezoelectric vibrator, a piezoelectric oscillator, or the like.
30・・・圧電デバイス、32,60,70・・・圧電振動片、33,34・・・長溝、35,36・・・振動腕 30 ... Piezoelectric device, 32, 60, 70 ... Piezoelectric vibrating piece, 33, 34 ... Long groove, 35, 36 ... Vibrating arm
Claims (9)
前記基部の一方の基部端部から延出し、前記基部の幅方向に並んで設けられている複数の振動腕と、
前記振動腕と前記基部との境に少なくとも配置されると共に、前記振動腕の先端側に設けられ2つの角部を含む前記幅方向に沿った辺を有する溝と、
を備え、
前記溝は、前記基部側の外縁に2つの角部を含み、
前記振動腕は、前記一方の基部端部から先端側に向かって幅が徐々に縮幅している縮幅部を含み、
前記振動腕の前記幅方向の一方の側面と前記溝の前記幅方向の一方の内側面との間を第1の幅、
前記振動腕の前記幅方向の他方の側面と前記溝の前記幅方向の他方の内側面との間を第2の幅としたとき、
前記振動腕は、
前記第1の幅及び前記第2の幅の少なくとも何れかは、前記溝の先端側から前記基部側に向う方向に沿って徐々に大きくなっている領域を含むことを特徴とする振動片。 The base,
A plurality of vibrating arms extending from one base end of the base and arranged side by side in the width direction of the base;
A groove having at least a boundary between the vibrating arm and the base and having a side along the width direction including two corners provided on a distal end side of the vibrating arm;
With
The groove includes two corners on an outer edge on the base side,
The vibrating arm includes a reduced width portion whose width is gradually reduced from the one base end portion toward the distal end side,
A first width between one side surface in the width direction of the vibrating arm and one inner side surface in the width direction of the groove,
When the width between the other side surface of the vibrating arm in the width direction and the other inner side surface of the groove in the width direction is a second width,
The vibrating arm is
At least one of the first width and the second width includes a region that gradually increases along a direction from the distal end side to the base side of the groove.
前記振動腕は、
基端部から前記先端側に向うに従って、前記幅方向の腕幅が徐々に小さくなっている腕部を含むことを特徴とする振動片。 In claim 1 ,
The vibrating arm is
An oscillating piece comprising: an arm portion having an arm width that gradually decreases in the width direction from the proximal end portion toward the distal end side.
前記溝は、
前記先端側よりも前記基部側の溝幅が狭くなっていることを特徴とする振動片。 In claim 1 or 2 ,
The groove is
The resonator element according to claim 1, wherein a groove width on the base side is narrower than the tip side.
前記腕部に配置されている溝は、
前記先端側よりも前記基部側の溝幅が狭くなっていることを特徴とする振動片。 In claim 2 ,
The groove arranged in the arm part is
The resonator element according to claim 1, wherein a groove width on the base side is narrower than the tip side.
前記基部の前記一方の基部端部側寄りに切り込み部が設けられていることを特徴とする振動片。 In any one of Claims 1 thru | or 4 ,
A resonator element, wherein a cut portion is provided closer to the one base end side of the base.
前記振動片が収容されているパッケージと、
を含むことを特徴とする振動子。 A vibrating piece according to any one of claims 1 to 5 ,
A package containing the resonator element;
A vibrator characterized by comprising:
発振回路と、
を含むことを特徴とする発振器。 A vibrating piece according to any one of claims 1 to 5 ,
An oscillation circuit;
An oscillator comprising:
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