JP4319657B2 - 圧電振動子 - Google Patents

Description

本発明は基部に振動腕部が伸び出した構造の圧電振動子に関する。

この種の圧電振動子例えば音叉型の水晶振動子は一般に腕時計の歩度を刻む信号源として周知され、近年では携帯型の電子機器に同期信号源として採用されている。このようなものでは電子機器の小型化に対応してさらに小さな水晶振動子が求められている。

音叉型水晶振動子の構成については例えば特許文献１に記載されている。その構成を図１０に示すと音叉型の水晶振動子は基部１に一対の振動腕部である音叉腕２ａ及び２ｂが設けられ各音叉腕２ａ，２ｂにおける両主面には溝部３が設けられている。当該溝部３及び各音叉腕２ａ，２ｂの両側面には、各音叉腕２ａ，２ｂの屈曲振動に基づいた音叉振動を励起するための励振電極５が設けられている。当該音叉型振動子に電荷を与えた際に一方の音叉腕２ａの側面及び他方の音叉腕２ｂの溝部３内が同電位となり、他方の音叉腕２ｂの側面及び一方の音叉腕２ａの溝部３内が逆電位となるように励振電極５は結線されている。

このような音叉型水晶振動子によれば溝部３を形成しない場合に比較して、Ｘ軸方向（音叉腕の幅方向）での電界強度が増して各音叉腕２ａ，２ｂの両側面間で互いに逆方向に伸縮するＹ軸方向（音叉腕の長さ方向）での屈曲振動が強励振される。

このように構成することにより音叉腕２ａ，２ｂの振動損失が低くなり基本的にＣＩ（クリスタルインピーダンス）値が良好な圧電振動子を得ることができる。

しかしながら当該水晶振動子を利用した電子部品における消費電力の省電力化の要請から更なるＣＩ値の低下が求められている。また前記特許文献１記載の音叉型水晶振動子は既述のように音叉腕に溝部が設けられているため当該水晶振動子を小型化した場合に耐衝撃性が小さくなり、落下などの耐衝撃性が低く電子部品などを製造する際に破損等の不具合が発生するおそれがあった。

特開２００２−２６１５７５

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、振動腕部を供えた圧電振動子についてＣＩ値を小さくするところにある。また他の目的は腕部を備えた圧電振動子について衝撃性を向上させることにある。

本発明は、基部から振動腕部が２本伸びだして音叉型に形成され、振動腕部の表面部及び裏面部の少なくとも一方に、当該振動腕部の基端部側から長さ方向に沿って形成された溝部を備えた圧電振動子において、
前記振動腕部の基端部に位置する溝部の中に設けられ、振動腕部の表面部及び裏面部間を貫通する貫通孔と、
この貫通孔内に形成され、貫通孔が開いている溝部内に形成された電極と同電位である電極と、を備え、
圧電振動子における振動腕部の先端側及びその反対側を夫々一端側及び他端側とすると、前記溝部の他端が２本の振動腕部の間における基端部分である音叉股部よりも前記他端側に位置すると共に、前記貫通孔の一端及び他端が夫々前記音叉股部よりも前記一端側及び他端側に位置することを特徴とする。

他の発明は、基部から振動腕部２本伸びだして音叉型に形成された圧電振動子において、
振動腕部の表面部及び裏面部の少なくとも一方に、当該振動腕部の基端部側から長さ方向に沿って形成されかつ各々長さ方向に沿って分割された複数の溝部と、
前記振動腕部の基端部に位置する溝部の中に設けられ、振動腕部の表面部及び裏面部間を貫通する貫通孔と、
この貫通孔内に形成され、貫通孔が開いている溝部内に形成された電極と同電位である電極と、を備え、
圧電振動子における振動腕部の先端側及びその反対側を夫々一端側及び他端側とすると、前記溝部の他端が２本の振動腕部の間における基端部分である音叉股部よりも前記他端側に位置すると共に、前記貫通孔の一端及び他端が夫々前記音叉股部よりも前記一端側及び他端側に位置することを特徴とする。

本発明は、振動腕部の基端部に位置する溝部の中に貫通孔を設け、この貫通孔内にも電極を設けた構成としている。振動腕部を振動させる力は主に溝部内の電極と振動腕部の側面の電極との間の電気力線により生じるが、電気力線による振動腕部を振動させる作用は、振動腕部の根元（基端部）が大きい。従って振動腕部の基端部に貫通孔を開けてここに電極を設けるようにすれば、基端部の電気力線が増えて効率よく振動することになる。このため圧電振動子のクリスタルインピーダンス（ＣＩ値）が小さくなり、消費電力を抑えることができる。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の圧電振動子を音叉型の水晶振動子に適用した実施の形態を示す図である。この水晶振動子における水晶振動子本体（水晶片）は、両側部の上部側が矩形に切り欠かれた切り欠き部１１を備えた概ね角型の基部１と、この基部１の上端側から各々互いに間隔をおいて平行に伸びだした２本の（一対の）振動腕部２（２ａ、２ｂ）とを備えていて全体の形状が音叉型の水晶片として構成されている。更に振動腕部２（２ａ、２ｂ）の表面部及び裏面部には、各々当該振動腕部２（２ａ、２ｂ）の基端部から先端側に向けて溝部３が形成されていると共に、前記基端部に位置する溝部３の中には、振動腕部の２（２ａ、２ｂ）の両主面間を貫通する、即ち表面部及び裏面部間を貫通する例えば角型の貫通孔４（４ａ、４ｂ）が形成されている。図１では、貫通孔４は、溝部３よりも少し狭く記載してあるが、例えば一辺が溝部３の幅に相当する長さの正方形状に形成してもよい。

一対の振動腕部２ａ、２ｂの間における基部１の平面形状は湾曲しており、各溝部３は、この湾曲部（音叉又部）の最下部（振動腕部２の先端側を上方としている）２０よりも基部１の下方側に少し食い込んで形成されており、貫通孔４の下端は、前記最下部２０と同じ高さレベルに位置している。

ここで図２を参照しながら励振電極及び引き出し電極に関して述べると、この水晶振動子には、一対をなす一方の電極と他方の電極とが存在する。先ず振動腕部２ａに着目すると、振動腕部２ａの溝部３の内面全体及び当該溝部３内の貫通孔４ａの内面全体に亘って一方の励振電極５１が形成されていると共に、この振動腕部２ａの両側面２１、２１、及び主面２２、２２（表面部及び裏面部）における溝部３よりも上方部位には他方の励振電極６１が形成されている。なお図２において励振電極５１は、図面を見やすくするために斜線と黒の点在領域とを使い分けて表している。

また振動腕部２ｂに着目すると、振動腕部２ｂの溝部３の内面全体及び当該溝部３内の貫通孔４ｂの内面全体に亘って他方の励振電極６１が形成されていると共にこの振動腕部２ｂの両側面２１、２１、及び主面２２、２２（表面部及び裏面部）における溝部３よりも上方部位には一方の励振電極５１が形成されている。そしてこれら一方の励振電極５１同士が電気的に接続されるように基部１の表面に引き出し電極５２からなるパターンが形成されていると共に、他方の励振電極６１同士が電気的に接続されるように基部１の表面に引き出し電極６２からなるパターンが形成されている。

この水晶振動子の各部位の寸法を図３を参照しながら示すと、振動腕部２（２ａ、２ｂ）の長さＬ１は例えば１６５０μｍであり、溝部３の長さＬ２は例えば８４７μｍであり、基部１の底面から音叉又部の最下部２０までの長さＬ３は例えば６００μｍである。また振動腕部２（２ａ、２ｂ）の幅Ｗ１は例えば１００μｍであり、溝部３の幅Ｗ２は例えば６５μｍであり、基部１の底面の幅Ｗ３は例えば５００μｍである。

次に上述実施の形態の作用について説明する。振動腕部２ａの両側面及び主面と振動腕部２ｂの溝部３及び貫通孔４ｂとは同電位となり、また振動腕部２ｂの両側面及び主面と振動腕部２ａの溝部３及び貫通孔４ａとは逆電位となる。図４（ａ）は、貫通孔４を設けない構造における、各振動腕部２ａ、２ｂに発生する電気力線を模式的に示した図であり、溝部３を形成することでＸ軸方向（振動腕部２の幅方向）での電界強度が増し、各振動腕部２ａ、２ｂ間で逆方向に伸縮する、Ｙ軸方向における屈曲振動が強励振される。そして本実施の形態のように貫通孔４を設ける場合には、図４（ｂ）に示すように貫通孔４の内面からも電気力線が発生するが、この貫通孔４は、振動腕部２の基端部に設けられていることから、ここで発生する電気力線が振動腕部２の振動に寄与する程度は大きく、この結果振動腕部２の基端部における電気力線が増加することにより、振動効率が高まり、ＣＩ値が低減することとなる。実際にこの実施の形態の水晶振動子についてＣＩ値を測定したところ、図１０に示す構造の水晶振動子に比べて３ｋΩ程度小さくなった。

前記貫通孔４を形成するにあたっては、本来の振動モード以外の振動モードが発生しない程度の大きさにすることが必要である。即ち、電気力線を増やすという観点からは貫通孔４は大きいほどよいが、あまり大きくすると、貫通孔４内の互いに対向する面同士の振動モードが大きくなり、予定としている発振周波数例えば３２ｋＨｚを得ることができなくなる。

図５はこの第１の実施の形態の変形例を示し、この例では、貫通孔４の上下方向の中央点が前記最下部２０と同じ高さレベルに位置している。

（第２の実施形態）
第２の実施形態として、両側部の上部側が矩形に切り欠かれた切り欠き部１１を備えた概ね角型の基部１と、この基部１の上端側から各々互いに間隔をおいて平行に伸びだした２本の（一対の）振動腕部２（２ａ、２ｂ）とを備え、さらに夫々の振動腕部２の基部の上端側から長さ方向に沿って溝部３が形成され、当該溝部３が長さ方向に分割されている水晶振動子について説明する。

このような水晶振動子は例えば図６に示すように振動腕部２ａ，２ｂの表面部及び／または裏面部において長さ方向に夫々二等分された溝部３１，３２が、基端部側から長さ方向に沿って形成されるように構成される。

また他の例として当該水晶振動子には図７及び図８に示すように音叉腕の表面部及び／または裏面部において、長さの異なる２つの溝部３１，３２が基端部から長さ方向に沿って夫々形成される。

さらに他の例としては図９に示すように当該水晶振動子は、音叉腕の表面部及び／または裏面部において長さ方向に夫々三等分された溝部３１，３２，３３が、基端部側から長さ方向に沿って形成されるように構成される。また当該水晶振動子は第１の実施形態と第２の実施形態とを組み合わせた構成としてもよい。例えば図６において基端部側の溝部３２内に第１の実施形態と同様に貫通孔６を形成してもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る音叉型水晶振動子を示す概略平面図である。 本発明の実施１の形態に係る音叉型水晶振動子を示す斜視図である。 上記音叉型水晶振動子の寸法を示す説明図である。 図１のＦ−Ｆ´線断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る音叉型水晶振動子の他の例を示す概略平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る音叉型水晶振動子を示す概略平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る音叉型水晶振動子の他の例を示す概略平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る音叉型水晶振動子の他の例を示す概略平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る音叉型水晶振動子の他の例を示す概略平面図である。 従来の音叉型水晶振動子を示す概略平面図である。

符号の説明

１ 基部
１１ 切り欠き部
２ 振動腕部
２０ 最下部
３ 溝部
４ 貫通孔
５１ 一方の励振電極
６１ 他方の励振電極

Claims (2)

1. 基部から振動腕部が２本伸びだして音叉型に形成され、振動腕部の表面部及び裏面部の少なくとも一方に、当該振動腕部の基端部側から長さ方向に沿って形成された溝部を備えた圧電振動子において、
   前記振動腕部の基端部に位置する溝部の中に設けられ、振動腕部の表面部及び裏面部間を貫通する貫通孔と、
   この貫通孔内に形成され、貫通孔が開いている溝部内に形成された電極と同電位である電極と、を備え、
   圧電振動子における振動腕部の先端側及びその反対側を夫々一端側及び他端側とすると、前記溝部の他端が２本の振動腕部の間における基端部分である音叉股部よりも前記他端側に位置すると共に、前記貫通孔の一端及び他端が夫々前記音叉股部よりも前記一端側及び他端側に位置することを特徴とする圧電振動子。
2. 基部から振動腕部２本伸びだして音叉型に形成された圧電振動子において、
   振動腕部の表面部及び裏面部の少なくとも一方に、当該振動腕部の基端部側から長さ方向に沿って形成されかつ各々長さ方向に沿って分割された複数の溝部と、
   前記振動腕部の基端部に位置する溝部の中に設けられ、振動腕部の表面部及び裏面部間を貫通する貫通孔と、
   この貫通孔内に形成され、貫通孔が開いている溝部内に形成された電極と同電位である電極と、を備え、
   圧電振動子における振動腕部の先端側及びその反対側を夫々一端側及び他端側とすると、前記溝部の他端が２本の振動腕部の間における基端部分である音叉股部よりも前記他端側に位置すると共に、前記貫通孔の一端及び他端が夫々前記音叉股部よりも前記一端側及び他端側に位置することを特徴とする圧電振動子。

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