JP2004260718A

JP2004260718A - 音叉型振動片及び音叉型振動片の製造方法並びに圧電デバイス

Info

Publication number: JP2004260718A
Application number: JP2003051350A
Authority: JP
Inventors: Hideo Tanaya; 英雄棚谷
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】本発明は、小型化できるとともに特性の安定化ができる音叉型振動片を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、基部１１と、この基部１１から突出して形成されている振動腕部１２、１３と、振動腕部１２、１３の表面部及び裏面部に形成してなる溝部１４、１５とからなる音叉型振動片１０であって、前記基部１１に所定の面積及び深さの切込み溝１６を設けたものである。したがって、振動腕部１２、１３が振動する際に、垂直方向成分を有した振動が生じても、振動腕部１２、１３の振動が基部１１側に漏れるのを、この切込み溝１６で緩和でき、また、この切込み溝１６には基部１１の一部が残ってリブ１７を構成しているので剛性が増し垂直方向成分による振動漏れをさらに低減することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば圧電結晶等からなる音叉型振動片及び音叉型振動片の製造方法並びに圧電デバイスに関する。
【０００２】
【従来技術】
圧電結晶振動子、特に音叉型振動子は、正確なクロック周波数を簡易に得ることができるものとして知られている。図７は従来の音叉型振動子に用いられる音叉型振動片の一例を示す概略図である。図８は同音叉型振動片の振動状態を説明するための図であって、図８（ａ）は振動腕部を、図８（ｂ）は振動方向をそれぞれ説明するための図である。従来の音叉型振動片１００は、図７に示すように、基部１１０と、この基部１１０から突出して形成されている振動腕部１２１、１２２とを備えた音叉型振動片であって、前記振動腕部１２１、１２２の表面部及び裏面部に溝部１２３、１２４が形成されているとともに、前記基部１１０に切込み部１２５、１２５が形成されているものが提案されている（特許文献１）。
【０００３】
前記音叉型振動片１００は、一般的に略３０ｋＨｚないし４０ｋＨｚで発振し、水晶などの圧電材料で形成したものである。また、前記振動腕部１２１、１２２はそれぞれ矩形であり、その前記振動腕部１２１、１２２の表面部の短辺である腕部幅ｗ（図８（ａ）参照）が５０μｍ以上１５０μｍ以下のものを使用している。さらに、前記振動腕部１２１、１２２の表面部及び裏面部に設けられた溝部１２３、１２４の深さは、前記振動腕部１２１、１２２の厚みｄ（図８（ａ）参照）に対して３０％以上５０％以下に形成されている。また、前記振動腕部１２１、１２２の表面部及び裏面部に設けられた溝部１２３、１２４の幅は、前記振動腕部１２１、１２２の幅の４０％以上７０％以下に形成されている。この音叉型振動片１００がパッケージ内に収容されて音叉型振動子が構成されることになる。
【０００４】
上記従来の音叉型振動片１００は、切込み部１２５、１２５を設けたことにより、振動エネルギーの閉じ込め効果を高めてＣＩ値（クリスタルインピーダンス値）を小さくするようにしており、かつ、基部１１０を短くしても製造された振動片間のＣＩ値のバラツキが安定するとともに、振動片全体も小型化できるという利点があった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２６１５７５号公報（図１ないし図４、段落番号００４５以降）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の音叉型振動片１００を備えた音叉型振動子では、振動は振動腕部１２１、１２２の付け根部分を含めて振動している。しかし、音叉型振動片１００は、前記基部１１０に切込み部１２５、１２５を設けたことにより振動漏れ（振動子の基部から逃げていくエネルギー）の改善が図られＣＩ値が安定する傾向にはなるが充分振動漏れを低減できない。さらに切込み部１２５を入れたことで基部１１０の剛性が不足するため、図８（ａ）に示す振動腕部１２１（１２２）が、図８（ｂ）に示すように水平振動成分だけでなく、垂直振動成分も大きくなり、充分に振動漏れを抑制できない。したがって、この従来の音叉型振動片１００のドライブ特性は、図５の特性Ａのように、０．５μＷから３．０μＷで周波数変化率Δｆ（ｐｐｍ）がマイナスになる特性を示すことになり、ドライブ特性が著しく悪化したものとなっている。また、この充分抑制できない垂直振動成分による振動漏れにより、ＣＩ値のバラツキなどの特性にも悪影響を与えるという問題があった。
本発明は上記問題に鑑み、小型化できるとともに特性の安定化ができるようにすることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決しようとする手段】
本発明に係る音叉信号片は、基部と、この基部から突出して形成されている振動腕部と、前記振動腕部の表面部及び裏面部に形成してなる溝部とからなる音叉型振動片であって、前記基部の表面部及び裏面部から所定深さの切込み溝を設けたことを特徴としている。
【０００８】
その構成によれば、前記基部に所定深さの切込み溝を設けたので、切込み溝部の基部の厚さ方向中央部に板状部が残り、剛性が向上する。このため、振動腕部が振動する際に、垂直方向成分によって生じる、振動腕部の振動の基部側への漏れを、この切込み溝で緩和でき、さらに、剛性を上げることにより垂直方向成分による振動漏れを低減できる。したがって、基部を小型化しながら、ＣＩ値の振動片の間におけるバラツキを小さくでき、かつ、ドライブ特性も向上することができる。
【０００９】
また、前記切込み溝は、好ましくは、前記基部の両側面であって前記振動腕部側に偏らせて設けたものである。さらに、前記切込み溝は、深さが前記基部の厚さに対して前記基部の表面側と裏面側とから３０％以上５０％以下に構成されたものであることが好ましい。
【００１０】
上記の音叉型振動片を製造する方法は、基部と、この基部から突出して形成されている振動腕部と、前記振動腕部の表面部及び裏面部に形成した溝部とからなる音叉型振動片を製造する方法において、振動腕部に溝をエッチングする工程と同時に、前記基部の両側部に所定の深さを有した切込み溝を形成することを特徴としている。
【００１１】
そして、本発明に係る圧電デバイスは、上記の音叉型振動片を有することを特徴としている。これにより、上記の効果を有する圧電デバイスが得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る音叉型振動片及びその製造方法並びに圧電デバイスの実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る音叉型振動片を示す図である。図２は、本発明の実施の形態に係る音叉型振動片の一部を拡大して示す斜視図である。図３は、図１のＦ−Ｆ線断面図である。
【００１３】
本発明の実施の形態に係る音叉型振動片１０は、図１ないし図３に示すように、基部１１と、この基部１１から突出して形成されている振動腕部１２、１３と、前記振動腕部１２、１３の表面部及び裏面部に形成された溝部１４、１５とを備えている。溝部１４、１５は、基部１１の表面部及び裏面部から所定の面積Ｓ（＝Ｌ×Ｈ）及び深さＺの切込み溝１６を設けたものである。前記切込み溝１６、１６は、基部１１の両側面に２ヶ所設けられ、かつ、基部１１の長さ方向（図１の上下方向）中心から振動腕部１２、１３側に偏らせて設けられている。
【００１４】
さらに説明すると、前記音叉型振動片１０は、実施形態の場合、略３０ｋＨｚないし４０ｋＨｚで発振し、水晶などの圧電材料により形成したものである。また、音叉型振動片１０の基部１１の長さは例えば０．５６ｍｍに形成されている。また、音叉型振動片１０の振動腕部１２、１３の長さは例えば１．６４４ｍｍに形成されている。また、切込み溝１６は振動腕部１２、１３の付け根から例えば０．１１３ｍｍの部分から振動腕部１２、１３とは反対側に所定の面積Ｓで深さＺの有底形状に形成されている。また、前記振動腕部１２、１３はそれぞれ矩形状であり、その振動腕部１２、１３の表面部の短辺である腕部幅ｗが５０μｍ以上１５０μｍ以下のものを使用している。さらに、前記振動腕部１２、１３の表面部及び裏面部に設けられた溝部１４、１５の深さは、前記振動腕部１２、１３の各深さ方向の全長である厚みに対して３０％以上５０％以下に形成されたものである。また、振動腕部１２、１３の表面部及び裏面部に設けられた溝部１４、１５の幅は、前記振動腕部１２、１３の幅ｗの４０％以上７０％以下に形成されたものである。
【００１５】
また、基部１１の幅は例えば５００μｍで、前記切込み溝１６の面積Ｓは、図２に示すように、例えば横長さＬ（＝１００μｍ）×例えば縦長さＨ（＝１００μｍ）に形成されている。また、前記切込み溝１６の深さＺは、前記基部１１の厚さに対して前記基部１１の表面側と裏面側とから３０％以上５０％以下に構成されている。したがって、前記切込み溝１６には、図２に示すように、前記基部１１の一部が基部１１の厚さに対して４０％以下の厚さＤのリブ１７として残った状態に形成されることになる。
【００１６】
図４は、本発明の実施の形態に係る音叉型振動片を備えた圧電デバイスである音叉型振動子を示す断面図である。この図４において、音叉型振動子２０は、上記音叉型振動片１０を用いている。この音叉型振動子２０は、上記音叉型振動片１０と、この音叉型振動片１０を収容したパッケージ２１とからなる。パッケージ２１は、図４に示すように、例えばアルミナなどのセラミックス等で構成されたベース部２２と、ガラスからなる蓋体２３と、低融点ガラスなどの封止部２４とから構成されており、箱状の形状をとる。ベース部２２内の段部上は、マウント部となっている。マウント部には、パッケージ側電極２５が設けられている。このパッケージ側電極２５の上には、上記音叉型振動片１０の基部１１に設けた電極（図示せず）が導電性接着剤によって固定されている。
【００１７】
以上説明したような構造の音叉型振動片１０を備えた音叉型振動子２０を、ドライブパワーを変化させられる発振回路で発振させ、それの周波数変化率Δｆを測定すると、図５の特性Ｂに示すような特性が得られた。
【００１８】
図５は、本発明の実施の形態に係る音叉型振動片を備えた音叉型振動子のドライブ特性を、従来の音叉型振動片を備えた音叉型振動子のドライブ特性と合わせて示す特性図であり、横軸にドライブパワーμＷを、縦軸に周波数変化率Δｆ（ｐｐｍ）を、それぞれ示したものである。従来の音叉型振動子では、図５のＡのようにドライブパワーを０．５μＷから３．０μＷに増加させると、それに伴って周波数変化率Δｆがマイナスにシフトしたのに対し、この図５の特性Ｂからわかるように、本発明の実施の形態に係る音叉型振動片１０を用いた音叉型振動子２０では、周波数変化率Δｆがプラスにシフトするようになった。一般に、音叉型振動子２０は、このようにドライブパワーを増加させると、プラスに推移する特性が望ましいので、本発明の実施の形態に係る音叉型振動片１０のような構造にすると、音叉型振動片１０の基部１１の切込み溝１６部分の剛性が保たれて、振動漏れを低減できて望ましい特性となる。
【００１９】
この音叉型振動子２０は、音叉型振動片１０の前記基部１１に、所定の幅及び深さの切込み溝１６を設けたことにより、振動腕部１２、１３が振動する際に、垂直方向成分を有した振動が生じても、振動腕部１２、１３の振動が基部１１側に漏れるのを、この切込み溝１６で緩和できる。また、この切込み溝１６には、基部１１の厚さ方向中央部にリブ１７が設けてあるため、剛性が増して振動漏れをさらに低減できる。したがって、基部１１を小型化しながら、製造された音叉型振動片１０の間におけるＣＩ値のバラツキを小さくでき、かつ、ドライブ特性も安定化し、向上させることができる。
【００２０】
なお、本発明の実施の形態に係る音叉型振動片１０は、デジタル携帯電話、携帯情報端末、パーソナルコンピュータ、テレビジョン受像機、ビデオ機器などの各種の電子機器や、時計、時計内蔵機器に使用できる。
【００２１】
本発明の実施の形態に係る音叉型振動片１０は、以上のような構造となっているが、以下、その製造方法などについて説明する。この音叉型振動片１０は、エッチングにより製造される。まず、図６のステップＳ１０に示したように、水晶等の圧電結晶板の両面にフォトレジストを塗布し、これを露光、現像して音叉形状のレジストマスクを形成する。次に、圧電結晶板をフッ酸等のエッチング液でエッチングし、音叉型振動片１０の外形形状を形成し（ステップＳ１２）、レジストマスクを除去する。
【００２２】
さらに、音叉型振動片の振動腕１２、１３の溝部１４、１５に対応した部分と、基部１１の切込み溝１６とに対応した部分を露出させたレジストマスクを形成する。その後、振動片の露出した部分をフッ酸などによってハーフエッチングし、溝部１４、１５及び切込み溝１６を形成し、レジストマスクを除去する。次に、音叉型振動片１０の表面に電極用の金属膜をスパッタリングなどによって堆積し、これをエッチングして励振電極、接続電極などを形成する。これにより、前記振動腕部１２、１３に溝部１４、１５をエッチングする工程において、リブ１７を有する切込み溝１６が溝部１４、１５と同時に形成される。
【００２３】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る音叉型振動片１０は、上述したような構造になっているので、振動腕部１２、１３が振動する際に、垂直方向成分を有した振動が生じても、振動腕部１２、１３の振動が基部１１側に漏れるのを、この切込み溝１６で緩和でき、また、この切込み溝１６には基部１１の一部が残ってリブ１７を構成しているので剛性が増し、振動漏れをさらに低減できる。
【００２４】
なお、上述した実施の形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、これらの形態に限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る音叉型振動片を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る音叉型振動片の一部を拡大して示す斜視図である。
【図３】図１のＦ−Ｆ線断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る音叉型振動片を備えた音叉型振動子を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る音叉型振動片を備えた音叉型振動子のドライブ特性を、従来の音叉型振動片を備えた音叉型振動子のドライブ特性と合わせて示す特性図である。
【図６】実施形態に係る音叉型振動片の製造方法のフローチャートである。
【図７】従来の音叉型振動子に用いられる音叉型振動片の一例を示す概略図である。
【図８】同音叉型振動片の振動状態を説明するための図である。
【符号の説明】
１０………音叉型振動片、１１………基部、１２、１３………振動腕部、１４、１５………溝部、１６………切込み溝、１７………リブ、２０………音叉型振動子、２１………パッケージ、２２………ベース部、２３………蓋体、２４………封止部。

Claims

基部と、この基部から突出して形成されている振動腕部と、前記振動腕部の表面部及び裏面部に形成してなる溝部とからなる音叉型振動片であって、前記基部の表面部及び裏面部から所定深さの切込み溝を設けてなることを特徴とする音叉型振動片。
前記切込み溝は、前記基部の両側面であって長手方向において前記振動腕部側に偏らせて設けたものであることを特徴とする請求項１記載の音叉型振動片。
前記切込み溝は、前記基部の厚さに対して前記基部の表面側と裏面側とから、３０％以上５０％以下の深さを有していることを特徴とする請求項１または２記載の音叉型振動片。
基部と、この基部から突出して形成されている振動腕部と、前記振動腕部の表面部及び裏面部に形成した溝部とからなる音叉型振動片を製造する方法において、前記振動腕部に溝をエッチングする工程と同時に、前記基部の両側部に所定の深さを有した切込み溝を形成することを特徴とする音叉型振動片の製造方法。
請求項１ないし３のいずれかに記載の音叉型振動片を有することを特徴とする圧電デバイス。