JPH07235855A - 圧電音叉型共振子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造工程を増加させることなく、音叉腕部に
おける音叉型振動モードの振動エネルギー閉じ込め効率
が高められた圧電音叉型共振子を提供する。 【構成】 圧電基板３２の端縁３２ａから中央に延びる
スリット３３を形成し、該スリット３３の両側に音叉腕
部３６，３７を形成してなる圧電音叉型共振子３１にお
いて、上記音叉腕部３６，３７の幅が、その少なくとも
一部において連続的に変化するように、音叉腕部３６，
３７の外側端縁に傾斜部３６ａ，３７ａを設けてなる圧
電音叉型共振子３１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電基板にスリットを
形成し、該スリットの両側に音叉腕部を構成してなる圧
電音叉型共振子に関し、特に、音叉腕部の振動の他の部
分への漏洩を防止する構造が設けられた圧電音叉型共振
子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の圧電音叉型共振子の一例を図１を
参照して説明する。圧電音叉型共振子１は、矩形の圧電
基板２を用いて構成されている。圧電基板２の一端縁２
ａの中央部分から内側に向かって延びるように第１のス
リット３が形成されている。第１のスリット３の両側に
は、同じく端縁２ａから内側に向かって延びるように第
２，第３のスリット４，５が形成されている。このよう
に、第１のスリット３の両側に、第２，第３のスリット
４，５を形成することにより、第１のスリット３の両側
に圧電音叉腕部６，７が構成されている。第１のスリッ
ト３の最奥部周囲の領域においては、圧電基板１の両主
面に共振電極８，９が形成されている。

【０００３】なお、図１においては、圧電基板２の裏面
に形成された電極は、図示のように圧電基板２の下面を
下方に投影した状態で示すこととする。圧電音叉型共振
子１では、共振電極８，９に接続されている端子電極１
０ａ，１０ｂから交流電圧を印加することにより、共振
電極８，９が対向されている領域が振動され、その結
果、圧電音叉腕部６，７が音叉型振動モードで振動す
る。この振動は、音叉腕部６，７が設けられている領域
に閉じ込められ、従って、圧電基板１の他の部分を用い
て圧電音叉型共振子１を機械的に支持することができ
る。

【０００４】ところが、上記圧電音叉型共振子１では、
音叉腕部６，７が設けられている領域への振動エネルギ
ー閉じ込め効率が充分でないという欠点があった。これ
を、図２を参照して説明する。図２は、圧電音叉型共振
子１の一部について、音叉型振動モードの振動が励起さ
れた場合の変位分布を有限要素法で解析した状態を示す
図である。音叉腕部７が図示のように音叉型振動モード
で振動している場合、音叉腕部７だけでなく、他の圧電
基板部分２ｂ〜２ｄにおいても振動が生じていることが
わかる。すなわち、音叉腕部７を励振させた場合、その
振動が他の圧電基板部分にも漏洩していることがわか
る。

【０００５】上記のような振動の漏洩の原因は必ずしも
明確ではないが、音叉型振動モードとは別に、音叉部の
幅Ｗ（図１参照）に起因する振動モードが、音叉型振動
モードの振動の共振周波数近傍に発生し、該２つの振動
が結合することにより振幅が過大となり、その結果、エ
ネルギー閉じ込め状態が悪化しているものと考えられ
る。

【０００６】上記のような問題を解決するものとして、
特開平５−７５３７６号公報には、図３に示す圧電音叉
型共振子１１が開示されている。この圧電音叉型共振子
１１では、圧電基板１２の一端縁１２ａから中央に向か
って延びる第１のスリット１３の両側に音叉腕部１６，
１７が形成されており、該音叉腕部１６，１７の外側端
縁に、段差２１，２２が形成されている。この段差２
１，２２は、端縁１２ａから長さｌ₁ の位置に形成され
ている。

【０００７】なお、他の構造については、図１に示した
圧電音叉型共振子１と同様であるため、同一部分につい
ては、相当の参照番号を付することにより、その説明は
省略する。

【０００８】圧電音叉型共振子１１では、上記段差２
１，２２を音叉腕部１６，１７の外側端縁に形成するこ
とにより、音叉腕部１６，１７を励振させた場合、他の
圧電基板部分への振動の漏洩を効果的に防止することが
できる。すわなち、図４に有限要素法で解析した変位分
布を部分的に模式的平面図で示すように、音叉腕部１７
を励振させた場合、他の圧電基板部分、例えば他方端縁
１２ｂや圧電基板部分１２ｃ，１２ｄがほとんど振動し
ていないことがわかる。

【０００９】上記段差２１，２２は、例えば図５に部分
切欠平面図で示すように、第２，第３のスリット１４，
１５を形成した後、ブレード２３を用い、再度切削加工
を行うことにより形成されていた。すなわち、第２，第
３のスリット１４，１５をブレードを用いて形成した
後、再度ブレード２３を用いて切削加工することによ
り、段差２１，２２が形成されていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、特開平
５−７５３７６号公報に開示されている圧電音叉型共振
子１１では、音叉腕部への振動エネルギーの閉じ込め効
率を高めることができるものの、段差２１，２２を形成
するにあたり、第２，第３のスリット１４，１５を形成
するための切削工程の他に、さらに別途ブレードを用い
た切削工程を実施しなければならなかった。従って、上
記段差２１，２２を形成した分だけ製造工程が増加して
おり、圧電音叉型共振子の製造コストが高くつくという
欠点があった。

【００１１】本発明の目的は、製造工程を増加させるこ
となく、圧電音叉腕部の振動エネルギーの他の部分への
漏洩を効果的に防止し得る構造を備えた圧電音叉型共振
子を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、一端縁から内
側に向かってスリットが形成された圧電基板と、前記ス
リットの周囲の領域において、圧電基板を介して表裏対
向するように形成された少なくとも一対の共振電極とを
備え、前記スリットの形成により該スリットの両側の圧
電基板部分にそれぞれ音叉腕部が構成されている圧電音
叉型共振子において、前記各音叉腕部の少なくとも一部
において、該音叉腕部の幅が連続的に変化されているこ
とを特徴とする、圧電音叉型共振子である。

【００１３】また、本発明の圧電音叉型共振子では、上
記音叉腕部の少なくとも一部において、該音叉腕部の幅
が連続的に変化されているが、この音叉腕部の幅を連続
的に変化させる態様としては、一対の音叉腕部の外側端
縁において、少なくとも一部の側面を前記スリットの延
びる方向に対して連続的に傾斜させる構造など、適宜の
構造で実現することができる。なお、音叉腕部の外側端
縁だけでなく、内側端縁も連続的にスリットの延びる方
向に対して傾斜されていてもよい。

【００１４】また、本発明の特定的な実施形態として
は、上記圧電基板において、一対の音叉腕部の外側に前
記スリットに略平行となるように第２，第３のスリット
を形成し、該第２，第３のスリットを介して、第２，第
３のスリットの外側の圧電基板部分と上記音叉腕部とが
隔てられている構造を有する圧電音叉型共振子が挙げら
れる。

【００１５】

【作用】本発明の圧電音叉型共振子では、音叉腕部の少
なくとも一部において、該音叉腕部の幅が連続的に変化
されているため、後述の実施例から明らかなように、音
叉腕部の音叉型振動モードの振動エネルギーが該音叉腕
部に効果的に閉じ込められる。この理由は、必ずしも明
確ではないが、音叉腕部の少なくとも一部において、音
叉腕部の幅が連続的に変化されていることにより、音叉
型振動モードのみが確実に励振され、音叉部の幅Ｗ（図
１参照）に起因する振動モードの励振が抑制されるため
と考えられる。

【００１６】上記のように、本発明では、音叉腕部の少
なくとも一部において、該音叉腕部の幅を連続的に変化
するように構成しているものであるため、該音叉腕部形
成に際しての圧電基板の切削加工に用いるブレードとし
て、その刃先が連続的に傾斜しているものを用いること
により、上記音叉腕部を構成することができる。すなわ
ち、１回の切削加工により、本発明の圧電音叉型共振子
による上記音叉腕部を構成することができる。

【００１７】また、上記特定の実施形態の構造では、第
２，第３のスリットを隔てて一対の音叉腕部が他の圧電
基板部分と隔てられているため、音叉腕部の振動を妨げ
ることなく、第２，第３のスリットの外側の圧電基板部
分を用いて圧電音叉型共振子を支持したり、電気的接続
を図ったりすることができる。すなわち、音叉型の振動
部を圧電基板の一部に限定して構成することができるた
め、音叉型振動部を内蔵した密閉型の圧電音叉型共振子
部品を容易に構成することができる。

【００１８】

【実施例の説明】図６は、本発明の一実施例に係る圧電
音叉型共振子を示す斜視図である。なお、図６では、図
１と同様に、下方の電極形状を示すために、圧電基板の
下面に形成された電極を下方に投影した状態で示すこと
とする。

【００１９】圧電音叉型共振子３１は、略矩形の圧電基
板３２を用いて構成されている。圧電基板３２は、例え
ばチタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスなどの圧電
セラミックス等の適宜の圧電材料により構成されてい
る。

【００２０】圧電基板３２の一端縁３２ａの中央から、
圧電基板３２の中央に向かって延びるように、第１のス
リット３３が形成されている。第１のスリット３３の両
側に、所定距離を隔てて、第１のスリット３３よりも長
い第２，第３のスリット３４，３５が形成されている。
この第２，第３のスリット３４，３５間に、音叉腕部３
６，３７が形成されている。

【００２１】本実施例の特徴は、この音叉腕部３６，３
７の平面形状にある。すなわち、音叉腕部３６，３７の
外側端縁の一部において、スリット３３の延びる方向に
対して傾斜した傾斜部３６ａ，３７ａが形成されてお
り、それによって傾斜部３６ａ，３７ａが設けられてい
る部分において、音叉腕部３６，３７の幅が連続的に変
化されている。本実施例では、傾斜部３６ａ，３７ａ
は、端縁３２ａから第２，第３のスリット３４，３５の
中間深さ位置に至るように形成されているが、この傾斜
部３６ａ，３７ａの形成される位置は、音叉腕部３６，
３７の外側端縁の任意の位置とし得る。

【００２２】スリット３３の最奥部近傍の領域では、圧
電基板３２の両主面に、共振電極３８，３９が形成され
ている。共振電極３８，３９は、圧電基板３２を介して
表裏対向するように構成されている。

【００２３】また、圧電基板３２の上面においては、端
縁３２ｂの一方端側、すなわち一のコーナー部分に端子
電極４０ａが形成されている。端子電極４０ａは、共振
電極３８と接続導電部４１を介して電気的に接続されて
いる。また、圧電基板３２の下面においては、端子電極
４０ａが構成されているコーナー部分とは異なるコーナ
ー部分に端子電極４０ｂが形成されている。端子電極４
０ｂは、接続導電部４２を介して下面の共振電極３９と
電気的に接続されている。

【００２４】なお、端子電極４０ａ，４０ｂが、上記の
ように異なるコーナー部分に形成されており、従って接
続導電部４１，４２は、圧電基板３２を介して重なり合
わないように形成されている。よって、接続導電部４
１，４２間の浮遊容量の発生を防止することが可能とさ
れており、それによって共振特性の劣化が防止されてい
る。

【００２５】本実施例の圧電音叉型共振子３１では、端
子電極４０ａ，４０ｂから交流電圧を印加することによ
り、音叉腕部３６，３７が音叉型振動モードで励振され
る。この場合の変位分布を、音叉腕部３７を例にとり、
図７に部分的に示す。

【００２６】図７は、音叉腕部３７近傍の変位分布を有
限要素法で解析した状態を示す模式的平面図である。音
叉腕部３７が音叉型振動モードで励振された場合、他の
部分、すなわち第３のスリット３５の外側の圧電基板部
分３２ｃや第３のスリット３５よりも他方端縁３２ｂ側
に近い圧電基板部分３２ｄが振動していないことがわか
る。このように、本実施例の圧電音叉型共振子３１で
は、音叉腕部３６，３７の外側端縁において、音叉腕部
３６，３７の幅が少なくとも一部において連続的に変化
するように、上記傾斜部３６ａ，３７ａを設けることに
より、音叉腕部への振動のエネルギー閉じ込め効率を効
果的に高めることが可能である。

【００２７】また、上記傾斜部３６ａ，３７ａは、例え
ば図１０（ａ）に示すブレード５１を用い、第２，第３
のスリット３４，３５を形成するに際し、該スリット３
４，３５の形成と同時に形成される。すなわち、ブレー
ド５１は、上記傾斜部３６ａ，３７ａに応じた傾斜部５
１ａを有する。従って、ブレード５１を用いて圧電基板
３２を切削加工することにより、第２，第３のスリット
３４，３５及び傾斜部３６ａ，３７ａを同時に形成する
ことができる。よって、図１に示した圧電音叉型共振子
１と同一の工程数で、しかも振動のエネルギー閉じ込め
効率に優れた圧電音叉型共振子を得ることができる。

【００２８】変形例 図６に示した実施例では、音叉腕部３６，３７の外側端
縁に傾斜部３６ａ，３７ａを形成することにより、音叉
腕部の幅を少なくとも一部において連続的に変化させて
いたが、この音叉腕部の少なくとも一部の幅を連続的に
変化させる態様としては、種々のものが考えられる。こ
のような変形例の１つのを、図８を参照して説明する。

【００２９】図８は、図６に示した実施例の圧電音叉型
共振子３１における一方の音叉腕部３７近傍の領域を変
形した例を示す部分切欠平面図である。本変形例におい
ても、第１のスリット３３と第３のスリット３５との間
に一方の音叉腕部３７が形成されている。もっとも、音
叉腕部３７は、その全長さ方向に渡り、その幅が連続的
に変化されている。すなわち、端縁３２ａ側に至るにつ
れて、音叉腕部３７の幅が連続的に狭くなるように、音
叉腕部の幅が連続的に変化されている。この変形例にお
いても、図９に有限要素法で解析された変位分布を示す
ように、音叉腕部３７が励振された場合、他の圧電基板
部分がほとんど振動していないことがわかる。

【００３０】図８に示した変形例のように、第１のスリ
ット３３側において、すなわち音叉腕部３７の内側端縁
において、音叉腕部の幅を連続的に変化させてもよい。
また、図８に示した変形例から明らかなように、音叉腕
部３７の外側端縁において、その全長に渡り音叉腕部３
７の幅が連続的に変化するように音叉腕部３７の外側端
縁３７ｂをスリット３３の延びる方向に対して傾斜させ
てもよい。

【００３１】また、上記変形例のように音叉腕部３７の
幅を連続的に変化させるには、図１０（ｂ）に示すブレ
ード５２を用いてスリット３３，３５を形成すればよ
い。すなわち、ブレード５２は、その幅が連続的に変化
されている。従って、ブレード５２を用い、第１のスリ
ット３３を形成し、かつ第２のスリット３５を形成する
ことにより、図８に示した変形例の圧電音叉型共振子を
構成することができる。

【００３２】なお、図８に示した変形例では、第１のス
リット３３を形成するためにブレード５２を用いること
により、第１のスリット３３と第２，第３のスリット３
４，３５とを形成することができ、従って使用するブレ
ードの数を低減することができる。

【００３３】なお、第１の実施例では、音叉腕部３６，
３７の外側端縁に傾斜部３６ａ，３７ａを設けていた
が、この場合、第２，第３のスリット３４，３５の外側
部分に同じく傾斜部を設けてもよい。すなわち、傾斜部
３６ａ，３７ａと対向するように、第２，第３のスリッ
ト３４，３５の外側の圧電基板部分の第２，第３のスリ
ット３４，３５に臨む部分に傾斜部を設けてもよい。

【００３４】さらに、上述してきた実施例及び変形例の
圧電音叉型共振子では、圧電基板の中央において第１の
スリット３３を形成し、その両側に第２，第３のスリッ
ト３４，３５を形成することにより、音叉腕部３６，３
７を構成していたが、本発明は、このような構造を有す
るものに限定されない。すなわち、第２，第３のスリッ
トを有せず、単に矩形の圧電基板の一端縁側から内側に
向かって第１のスリットを形成し、該第１のスリットの
両側に一対の音叉腕部を形成したものであってもよい。

【００３５】応用例 本発明の圧電音叉型共振子の応用例を図１１及び図１２
を参照して説明する。図１１は、実施例の圧電音叉型共
振子３１を用いて構成されるチップ型圧電音叉型共振子
部品を示す分解斜視図であり、図１２は該チップ型圧電
音叉型共振子部品の斜視図である。

【００３６】このチップ型部品の組み立てに際しては、
図１１に示すように、圧電音叉型共振子３１の側方にス
ペーサ６４を配置する。スペーサ６４は、圧電基板３２
と同等の厚みを有する絶縁性セラミックスや合成樹脂な
どの適宜の絶縁性材料により構成されている。スペーサ
６４は、圧電基板３２の一端縁３２ａから所定距離を隔
てて配置される。このように所定距離を隔ててスペーサ
６４を配置するのは、音叉腕部３６，３７の振動を妨げ
ないための空間を音叉腕部３６，３７の先端側に設ける
ためである。

【００３７】次に、接着剤よりなり、矩形枠状の平面形
状を有するスペーサ６５，６６を上下に積層し、さらに
保護基板６７，６８を上下に貼り合わせる。上記接着剤
よりなる矩形枠状のスペーサ６５，６６は、中央に開口
６５ａ，６６ａを有し、かつ所定の厚みを有するように
形成されている。これは、音叉腕部３６，３７の振動を
妨げないための空間を上下に構成するためである。従っ
て、スペーサ６５，６６に代えて、保護基板６７の下面
及び保護基板６８の上面に矩形枠状の凹部を形成してお
いてもよい。あるいは、保護基板６７の下面及び保護基
板６８の上面に所定の厚みとなるように矩形枠状に接着
剤を塗布することによって、上記空間を形成してもよ
い。

【００３８】保護基板６７，６８としては、アルミナな
どの絶縁性セラミックス、あるいは合成樹脂等の適宜の
絶縁材料からなる基板を用いることができる。上記各部
材を積層し、さらに図１２に示すように、端子電極６９
ａ〜６９ｄを側面に付与することにより、チップ型の圧
電音叉型共振部品７０を得ることができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明の圧電音叉型共振子では、音叉腕
部の少なくとも一部において、該音叉腕部の幅が連続的
に変化されているため、音叉腕部における音叉型振動モ
ードによる振動が該音叉腕部に確実に閉じ込められ、エ
ネルギー閉じ込め効率に優れた圧電音叉型共振子を提供
することができる。

【００４０】しかも、本発明の圧電音叉型共振子では、
上記音叉腕部の少なくとも一部において該音叉腕部の幅
が連続的に変化されているだけであるため、音叉腕部を
構成するための切断工程において、同時に上記のように
音叉腕部の幅を連続的に変化させることができる。すな
わち、使用するブレードとして、少なくとも一部にその
幅が連続的に変化されているものを用いて音叉腕部形成
のための切断工程を実施すれば、同時に音叉腕部の少な
くとも一部の幅を連続的に変化させることができる。よ
って、特開平５−７５３７６号公報に開示されていた圧
電音叉型共振子に比べて、製造工程を簡略化することが
でき、圧電音叉型共振子のコストを効果的に低減するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の圧電音叉型共振子の一例を説明するため
の斜視図。

【図２】図１に示した圧電音叉型共振子における変位分
布を示す模式的平面図。

【図３】従来の圧電音叉型共振子の他の例を説明するた
めの斜視図。

【図４】図３に示した圧電音叉型共振子の変位分布を示
す模式的平面図。

【図５】図３に示した圧電音叉型共振子において段差を
形成する工程を説明するための部分切欠平面図。

【図６】実施例の圧電音叉型共振子を説明するための斜
視図。

【図７】実施例の圧電音叉型共振子の変位分布を示す模
式的平面図。

【図８】変形例の圧電音叉型共振子を説明するための模
式的平面図。

【図９】図８に示した変形例における変位分布を示す模
式的平面図。

【図１０】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、実施例及び
変形例において圧電音叉腕部を形成するための切削加工
に用いられるブレードの刃先部分を示す各部分切欠正面
図。

【図１１】本発明の圧電音叉型共振子を用いたチップ型
部品の分解斜視図。

【図１２】チップ型圧電音叉型共振子部品を示す斜視
図。

【符号の説明】

３１…圧電音叉型共振子 ３２…圧電基板 ３２ａ…端縁 ３３…第１のスリット ３４，３５…第２，第３のスリット ３６，３７…音叉腕部 ３８，３９…共振電極 ３６ａ，３７ａ…傾斜部 ３７ｂ…外側端縁

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端縁から内側に向かってスリットが形
   成された圧電基板と、 前記スリットの周囲の領域において、圧電基板を介して
   表裏対向するように形成された少なくとも一対の共振電
   極とを備え、 前記スリットの形成により該スリットの両側の圧電基板
   部分にそれぞれ音叉腕部が構成されている圧電音叉型共
   振子において、 前記各音叉腕部の少なくとも一部において、該音叉腕部
   の幅が連続的に変化されていることを特徴とする、圧電
   音叉型共振子。
2. 【請求項２】 前記音叉腕部の外側端縁において、該音
   叉腕部の少なくとも一部の側面がスリットの延びる方向
   に対して連続的に傾斜されている、請求項１に記載の圧
   電音叉型共振子。
3. 【請求項３】 前記圧電基板において、前記一対の音叉
   腕部の各外側において、前記スリットに略平行に延びる
   第２，第３のスリットが形成されており、第２，第３の
   スリットを介して、第２，第３のスリットの外側の圧電
   基板部分と、前記音叉腕部とが隔てられている、請求項
   １に記載の圧電音叉型共振子。