JP2013005203A - Vibration piece, vibrator, oscillator and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】安定した屈曲二次モードで駆動する振動片を実現する。
【解決手段】振動片10は、基部11と、基部11の基端部11aから延在された振動腕12,13と、振動腕12,13それぞれの第1主面10aに設けられた励振電極30,40と、第2主面10bに設けられた励振電極38,48を有し、励振電極30,38,40,48の基端部11aからの長さLbが、振動腕12,13の屈曲二次モードにおける圧縮変位から引張り変位への変換部分までの範囲に設定されている。このようにすれば、振動腕12,13の基端部11aから圧縮変位から引張り変位への変換部分の位置までの範囲に励振電極30,38,40,48を形成することにより、屈曲二次モードの振動腕の変位による発生電荷の相殺がおきることがなく、屈曲二次モードの励振効率を高めることができる。
【選択図】図1A vibrator element that is driven in a stable bending secondary mode is realized.
A resonator element includes a base portion, vibrating arms and extending from a base end portion of a base portion, and excitation electrodes provided on first main surfaces of the vibrating arms. 30 and 40 and the excitation electrodes 38 and 48 provided on the second main surface 10b, and the length Lb from the base end portion 11a of the excitation electrodes 30, 38, 40 and 48 is It is set in the range from the compression displacement to the tensile displacement in the bending secondary mode. In this way, by forming the excitation electrodes 30, 38, 40, 48 in the range from the base end portion 11 a of the vibrating arms 12, 13 to the position of the conversion portion from the compression displacement to the tensile displacement, The generated charges are not canceled by the displacement of the mode vibrating arm, and the excitation efficiency of the bending secondary mode can be increased.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、振動片と、この振動片を有する振動子、発振器、および電子機器に関する。 The present invention relates to a resonator element, and a vibrator, an oscillator, and an electronic device having the resonator element.
音叉形振動子において、基本振動モードとして、屈曲一次モードを利用するものに加え
、100KHz〜数MHzの振動子や高精度の結合振動子実現のために、屈曲二次モード
の励振や、さらに高次モードを利用するものがある。特に屈曲二次モードにおいて十分な
励振を行えるようするために、2本の振動腕寄りの主面上で隣接する逆極性の励振電極の
境界を振動腕長手方向に対して斜めに形成し、かつ振動腕基部の主面上の各励振電極間に
補助電極を設け、有効な励振電極長を長くした振動子が知られている(例えば、特許文献
1参照)。
In addition to those that use the bending primary mode as the fundamental vibration mode in the tuning fork vibrator, in order to realize a vibrator of 100 KHz to several MHz and a high-accuracy coupled oscillator, excitation of the bending secondary mode or higher Some use the next mode. In particular, in order to perform sufficient excitation in the bending secondary mode, the boundary between adjacent excitation electrodes of opposite polarities on the main surface near the two vibrating arms is formed obliquely with respect to the longitudinal direction of the vibrating arm, and There is known a vibrator in which an auxiliary electrode is provided between the respective excitation electrodes on the main surface of the vibrating arm base and the effective excitation electrode length is increased (for example, see Patent Document 1).
このような特許文献1では、有効な励振電極長を長くしてCI値(インピーダンス)を
低減することによって、屈曲二次モードの励振効率を高めることが可能となる。しかし、
励振電極長さを振動腕の長さの50%以上にすると、励振電極に同じ電位を印加しても、
振動腕の基部方向と先端方向とで発生電荷の極性が反対になるため発生電位の相殺がおき
、屈曲二次モードの励振効率を低下させるという課題がある。
In
If the excitation electrode length is 50% or more of the length of the vibrating arm, even if the same potential is applied to the excitation electrode,
Since the polarities of the generated charges are opposite between the base direction and the tip direction of the vibrating arm, the generated potentials cancel each other, and there is a problem that the excitation efficiency of the bending secondary mode is lowered.
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例
として実現することが可能である。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and can be realized as the following forms or application examples.
[適用例1]本適用例に係る振動片は、基部と、前記基部の基端部から延在された振動
腕と、前記振動腕の主面に設けられた励振電極と、を有し、前記振動腕は、屈曲二次モー
ドを用いて励振し、前記励振電極は、前記基端部から前記振動腕の前記屈曲二次モードに
おける圧縮変位から引張り変位への変換部分または引張り変位から圧縮変位への変換部分
までの範囲内に設けられていること、を特徴とする。
Application Example 1 A resonator element according to this application example includes a base, a vibrating arm extending from a base end of the base, and an excitation electrode provided on a main surface of the vibrating arm. The vibrating arm is excited using a bending secondary mode, and the excitation electrode is a conversion portion of the vibrating arm from the compressive displacement to the tensile displacement in the bending secondary mode from the base end or a tensile displacement to a compressive displacement. It is provided within the range up to the conversion part.
本適用例に係る振動片は、屈曲一次モードと屈曲二次モードの振動モードを有する結合
屈曲振動片である。よって、安定した振動強度の屈曲二次モードが要求される。ここで、
屈曲二次モードにおいて、圧縮変位の場合の発生電荷を正とすれば、引張り変位の場合の
発生電荷は負である。励振電極が前述の変換部分よりも先端方向に長い場合には、振動腕
の基部方向と先端方向とで発生電荷の極性が反対になるため電荷の相殺がおき、屈曲二次
モードの励振効率を低下させる。
本適用例によれば、振動腕の基端部から圧縮変位から引張り変位への変換部分の位置ま
での範囲に励振電極を形成することにより、屈曲二次モードの振動腕の変位による発生電
荷の相殺がおきることがなく、屈曲二次モードの励振効率を高めることができる。
The vibration piece according to this application example is a coupled bending vibration piece having a vibration mode of a bending primary mode and a bending secondary mode. Therefore, a bending secondary mode with stable vibration intensity is required. here,
In the bending secondary mode, if the generated charge in the case of compressive displacement is positive, the generated charge in the case of tensile displacement is negative. When the excitation electrode is longer in the tip direction than the aforementioned conversion part, the generated charge polarity is opposite between the base direction and the tip direction of the vibrating arm, so that the charge is canceled and the excitation efficiency of the bending secondary mode is increased. Reduce.
According to this application example, by forming the excitation electrode in the range from the base end portion of the vibrating arm to the position of the conversion portion from the compression displacement to the tensile displacement, the generated charge due to the displacement of the vibrating arm in the bending secondary mode is reduced. There is no cancellation, and the excitation efficiency of the bending secondary mode can be increased.
[適用例2]上記適用例に係る振動片は、前記振動腕の前記基端部から先端までの長さ
をLa、前記基端部から前記励振電極の前記基端部の反対側の端部までの長さをLbとし
たとき、Lb/Laは、0.1≦Lb/La≦0.46の範囲に設定されていること、が
好ましい。
Application Example 2 In the resonator element according to the application example described above, the length from the base end portion to the tip end of the vibrating arm is La, and the end portion on the opposite side of the base end portion of the excitation electrode from the base end portion. Lb / La is preferably set in a range of 0.1 ≦ Lb / La ≦ 0.46, where Lb is the length up to.
このようにすれば、励振電極が、圧縮変位の発生電荷のピーク値近傍の長さ領域にあり
、励振電極と前述の変換部分との距離が長くとれるため、振動腕の変位による発生電荷の
相殺が、よりおきにくくなることにより、屈曲二次モードの励振効率をより高めることが
できる。
In this way, the excitation electrode is in the length region near the peak value of the charge generated by the compressive displacement, and the distance between the excitation electrode and the conversion portion can be increased, so that the generated charge is canceled by the displacement of the vibrating arm. However, since it becomes more difficult to occur, the excitation efficiency of the bending secondary mode can be further increased.
[適用例3]上記適用例に係る振動片は、前記振動腕の前記基端部から先端までの長さ
をLa、前記基端部から前記励振電極の前記基端部の反対側の端部までの長さをLbとし
たとき、Lb/Laは、0.16≦Lb/La≦0.28の範囲に設定されていること、
が好ましい。
Application Example 3 In the resonator element according to the application example described above, the length from the base end portion to the tip end of the vibrating arm is La, and the end portion on the opposite side of the base end portion of the excitation electrode from the base end portion. Lb / La is set in the range of 0.16 ≦ Lb / La ≦ 0.28, where Lb is the length up to
Is preferred.
このようにすれば、励振電極の長さが、圧縮変位の発生電荷のほぼピーク値にあり、励
振電極の端部と前述の変換部分との距離が長くとれること、励振に有効なため励振電極長
さも確保できることから、振動腕の変位による発生電荷の相殺が、より一層、おきにくく
なることにより、屈曲二次モードの励振効率をより高めることができる。
In this way, the length of the excitation electrode is approximately at the peak value of the charge generated by the compression displacement, and the distance between the end portion of the excitation electrode and the above-described conversion portion can be increased, and the excitation electrode is effective for excitation. Since the length can also be secured, it becomes even more difficult to cancel the generated charges due to the displacement of the vibrating arm, so that the excitation efficiency of the bending secondary mode can be further increased.
[適用例4]上記適用例に係る振動片は、前記振動腕の前記主面には溝部が設けられ、
前記励振電極の少なくとも一部は、前記溝部内に設けられていること、が好ましい。
Application Example 4 In the resonator element according to the application example, a groove portion is provided on the main surface of the vibrating arm,
It is preferable that at least a part of the excitation electrode is provided in the groove.
振動片は、屈曲一次モードと屈曲二次モードを有する結合屈曲振動片であって、100
KHz〜数MHzの共振周波数を有する振動片に適合する。共振周波数は、振動腕の形状
(長さ、幅、厚さ)に依存するが、振動腕に溝部を設けることにより、同じ共振周波数で
あれば、振動片を小型化することができる。
The vibrating piece is a coupled bending vibrating piece having a bending primary mode and a bending secondary mode,
Fits a resonator element having a resonance frequency of KHz to several MHz. Although the resonance frequency depends on the shape (length, width, thickness) of the vibrating arm, by providing a groove on the vibrating arm, the resonator element can be miniaturized at the same resonance frequency.
[適用例5]本適用例に係る振動子は、上記適用例のいずれかに記載の振動片と、前記
振動片が格納されたパッケージと、を有することを特徴とする。
Application Example 5 A vibrator according to this application example includes the resonator element according to any one of the application examples described above and a package in which the resonator element is stored.
振動片は、例えば、セラミック等で形成されたパッケージ内に実装される。パッケージ
内は真空状態にあることが好ましく、真空環境で振動片が振動することで、より一層安定
した振動を長期間にわたって維持することができる。
また、振動片がパッケージに収納されることで、扱いやすいうえ、湿度など外部環境か
ら振動片を保護することができる。
For example, the resonator element is mounted in a package formed of ceramic or the like. The inside of the package is preferably in a vacuum state, and the vibration piece vibrates in a vacuum environment, so that more stable vibration can be maintained over a long period of time.
Further, since the resonator element is housed in the package, it is easy to handle and can be protected from the external environment such as humidity.
[適用例6]本適用例に係る発振器は、上記適用例のいずれかに記載の振動片と、前記
振動片に接続された発振回路と、を有することを特徴とする。
Application Example 6 An oscillator according to this application example includes the resonator element according to any one of the application examples described above and an oscillation circuit connected to the resonator element.
このようにすれば、二次モードのインピーダンスを下げることができることから、安定
した屈曲二次モード励振強度が得られることと、発振器の小型化が実現できる。
In this way, since the impedance of the secondary mode can be lowered, a stable bending secondary mode excitation strength can be obtained and the oscillator can be downsized.
[適用例7]本適用例に係る電子機器は、上記適用例のいずれかに記載の振動片を有す
る、ことを特徴とする。
Application Example 7 An electronic apparatus according to this application example includes the resonator element according to any one of the application examples.
上記の振動片を用いることにより、屈曲二次モードの安定化を実現できる。従って、タ
イミングデバイス等として、デジタル携帯電話、パーソナルコンピューター、電子時計、
ビデオレコーダー、テレビなどの電子機器に広く用いることができる。そして、振動片を
パッケージ化した振動子や、発振器も安定した正確な振動が可能であり、搭載される電子
機器の品質向上に貢献することができる。
By using the above-mentioned vibrating piece, stabilization of the bending secondary mode can be realized. Therefore, as timing devices, digital mobile phones, personal computers, electronic watches,
Widely used in electronic devices such as video recorders and televisions. The vibrator in which the resonator element is packaged and the oscillator can also vibrate stably and accurately, and can contribute to the quality improvement of the mounted electronic device.
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
なお、以下の説明で参照する図は、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材ない
し部分の縦横の縮尺は実際のものとは異なる模式図である。
(実施形態1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The drawings referred to in the following description are schematic views in which the vertical and horizontal scales of each member or part are different from actual ones in order to make each member a recognizable size.
(Embodiment 1)
図1は、実施形態1に係る振動片を模式的に表し、(a)は平面図、(b)は(a)の
A−A切断面を示す断面図、(c)は電極構成および結線説明図である。なお、本実施形
態は、振動腕に溝部を設けた場合の音叉形の振動片10を例示している。振動片10は、
X軸と、X軸に対して垂直なY軸で構成される平面に展開されており、Z軸は厚さを表す
。また、振動片10の材質は、水晶や、水晶以外の圧電材料、または、それ以外の材料で
あってもよく、本実施形態では、水晶振動片を例示しており、X軸が電気軸、Y軸が機械
軸、Z軸が光軸となるように、水晶の単結晶から切り出されたZ板であって、音叉形水晶
振動片である。なお、温度変化に対する周波数の変化が少なくなるように、各軸、特にX
軸の周りに基板を回転させたものなどでもよい。振動片10の一方の面を第1主面10a
、第1主面10aに向かい合う面を第2主面10bとする。
1A and 1B schematically show a resonator element according to the first embodiment, where FIG. 1A is a plan view, FIG. 1B is a cross-sectional view showing a section AA in FIG. 1A, and FIG. It is explanatory drawing. In addition, this embodiment has illustrated the tuning fork-shaped vibrating
It is developed on a plane composed of an X axis and a Y axis perpendicular to the X axis, and the Z axis represents the thickness. The material of the
What rotated the board | substrate around the axis | shaft etc. may be used. One surface of the
The surface facing the first
振動片10は、基部11と、基部11の基端部11aからY軸方向に互いに平行に延在
された2本の振動腕12,13と、基部11のX軸方向両側に突設された支持腕部14,
15とから構成されている。なお、基端部11aから振動腕12,13の先端部までの長
さをLaとする。
The
15. Note that the length from the
振動腕12,13それぞれの第1主面10aと、第2主面10bには、図1(a),(
c)に示すように、基端部11aから振動腕先端方向に向かって励振電極30,38,4
0,48が設けられている。また、図1(a),(b)に示すように、励振電極30,3
8,40,48の形成範囲に溝部20,21,22,23が形成されている。励振電極3
0,38,40,48は、溝部20,21,22,23それぞれの内壁面に設けられてい
る(図1(c)、参照)。従って、基端部11aからの励振電極30,38,40,48
の長さLbと、基端部11aからの溝部長さは同じである。
The first
As shown in c), the
0, 48 are provided. Further, as shown in FIGS. 1A and 1B, the
0, 38, 40, and 48 are provided on the inner wall surfaces of the
The length Lb and the groove length from the
続いて、振動片10の電極及び結線構成を図1(a),(c)を参照して説明する。な
お、図1において、同じ方向の斜線(ハッチング)で表す電極は、同じ電位となるように
表している。
励振電極30は、振動腕12の第1主面10aに形成されており、リード電極31と振
動腕13に設けられる側面電極32,33を介して第2主面10b側の励振電極38に接
続されている。また、リード電極31は、基部11の第1主面10a上で分岐されてリー
ド電極34を介して支持腕部15の先端部に設けられる接続電極35に接続されている。
なお、励振電極38に接続されるリード電極(図示せず)、および接続電極36はそれぞ
れ、リード電極31,34、接続電極35に対して面対称となるように第2主面10b側
に設けられている。
Next, the electrode and connection configuration of the
The
A lead electrode (not shown) connected to the
励振電極40は、振動腕13の第1主面10aに形成されており、リード電極41と振
動腕12に設けられる側面電極42,43、基部11の第1主面10aに設けられるリー
ド電極44を介して支持腕部14に設けられる接続電極45に接続されている。また、側
面電極43を介して第2主面10b側に設けられる励振電極48に接続されている。なお
、励振電極48に接続されるリード電極(図示せず)、および接続電極46はそれぞれ、
リード電極41,44、接続電極45に対して面対称となるように第2主面10b側に設
けられている。
The
It is provided on the second
ここで、励振電極30,38と、励振電極40,48とに、それぞれの接続電極35(
または接続電極36)と、接続電極45(または接続電極46)を介して逆極性となる交
流電圧を印加すると、振動腕12,13は、X軸方向に屈曲振動する。
Here, the
Alternatively, when an AC voltage having a reverse polarity is applied via the connection electrode 36) and the connection electrode 45 (or connection electrode 46), the vibrating
振動片10の振動モードは屈曲一次モードと屈曲二次モードの結合振動モードを有して
いる。従って、屈曲一次モードと屈曲二次モードそれぞれの励振を安定的に行わせるため
には、特に、屈曲二次モードを励振しやすくする必要がある。
このことについて、振動片10の等価回路を参照して説明する。
The vibration mode of the
This will be described with reference to an equivalent circuit of the
図2は、本実施例に係る振動片の等価回路を示している。ここで、Cdは並列容量、L
1は等価直列インダクタンス、C1は等価直列容量、R1は等価直列抵抗であって、等価
直列インダクタンスL1と、等価直列容量C1と、等価直列抵抗R1は、屈曲一次モード
の等価直列成分51である。同様に、L2は等価直列インダクタンス、C2は等価直列容
量、R2は等価直列抵抗であって、等価直列インダクタンスL2と、等価直列容量C2と
、等価直列抵抗R2は、屈曲二次モードの等価直列成分52である。
FIG. 2 shows an equivalent circuit of the resonator element according to this embodiment. Where Cd is the parallel capacitance, L
屈曲一次モード、および屈曲二次モードのそれぞれにおいて、インピーダンスが高いと
、励振しにくく、インピーダンスが低いと励振しやすくなることから屈曲二次モードのイ
ンピーダンスを下げておくことで、屈曲二次モードの励振をしやすくできる。インピーダ
ンス特性は、等価直列容量C1,C2に依存し、これらは励振電極長さLbに依存する。
また、振動腕12,13の励振強度(変位量に置き換えることができる)は、等価並列容
量の逆数に比例する。そこで、振動腕長さLaと励振電極長さLbとの関係について説明
する。
In each of the bending primary mode and the bending secondary mode, if the impedance is high, excitation is difficult, and if the impedance is low, excitation is easy. Easy to excite. The impedance characteristics depend on the equivalent series capacitances C1 and C2, which depend on the excitation electrode length Lb.
Further, the excitation strength (which can be replaced with the displacement amount) of the vibrating
まず、振動片10の振動形態について説明する。
図3は、振動片の振動形態を模式的に表し、(a)は、振動腕先端が中心軸Pから遠く
なる方向に変位する場合、(b)は振動腕先端が近づく方向に変位する場合を表している
。なお、説明を分かりやすくするために振動腕12,13を線描している。そして、図3
(a)の変位と図3(b)の変位とを繰り返す。図3(a),(b)に示すように、振動
腕12,13は、振動の中心軸Pに対して対称に振動する。また、振動腕12,13は、
2本の腕が結合振動し、また屈曲1次モードと屈曲2次モードを有することが分かる。
First, the vibration form of the
FIG. 3 schematically shows the vibration form of the resonator element, where (a) is when the tip of the vibrating arm is displaced away from the central axis P, and (b) is when the tip of the vibrating arm is displaced closer. Represents. Note that the vibrating
The displacement of (a) and the displacement of FIG. 3 (b) are repeated. As shown in FIGS. 3A and 3B, the vibrating
It can be seen that the two arms oscillate in combination and have a primary bending mode and a secondary bending mode.
次に、励振のしやすさについて説明する。
図4は、シミュレーションによる振動腕の変形曲線を表している。横軸に振動腕長さL
aに対する励振電極長さLbの比Lb/La、縦軸は振動腕の変位量を表している。なお
、変位量は、屈曲一次モードの変位と、屈曲二次モードの変位を比較するために、振動腕
先端の変位量を2に固定したときの規格化変位量である。なお、図4に示す変位量は、図
3(a)の状態を表しており、変位量0の位置(図示、S1,S2で示す)から中心軸P
側の変位を正、外側の変位量を負で表している。
Next, ease of excitation will be described.
FIG. 4 shows a deformation curve of the vibrating arm by simulation. Vibration arm length L on the horizontal axis
The ratio Lb / La of the excitation electrode length Lb with respect to a, and the vertical axis represents the displacement amount of the vibrating arm. The displacement amount is a normalized displacement amount when the displacement amount of the tip of the vibrating arm is fixed to 2 in order to compare the displacement in the bending primary mode and the displacement in the bending secondary mode. The displacement amount shown in FIG. 4 represents the state of FIG. 3A, and the center axis P from the position of the displacement amount 0 (shown by S1 and S2 in the drawing).
The displacement on the side is positive and the displacement on the outside is negative.
図4において、屈曲一次モードの変位量は、振動腕12,13の根本からLb/La=
1(振動腕の長さと励振電極の長さが同じ)までの間に緩やかな曲線で増加している。屈
曲二次モードの変位量は、Lb/La=0.5の位置付近にピーク値があり、先端方向(
Lb/La=1)に向かって徐々に減少して、Lb/La=0.8付近で正の変位領域か
ら負の変位領域に転じ、さらに負の方向の変位量が増加する。ここで、正の領域では正の
電荷、負の領域では負の電荷が発生しているものとする。なお、図4では、電荷量の大小
は表していない。
そこで、変位量を微分することにより、Lb/Laの変化に対する応力の変化を求める
。
In FIG. 4, the amount of displacement in the bending primary mode is Lb / La = from the roots of the vibrating
A gentle curve increases until 1 (the length of the vibrating arm is the same as the length of the excitation electrode). The displacement amount of the bending secondary mode has a peak value near the position of Lb / La = 0.5, and the tip direction (
It gradually decreases toward Lb / La = 1), changes from a positive displacement region to a negative displacement region in the vicinity of Lb / La = 0.8, and further increases the amount of displacement in the negative direction. Here, it is assumed that positive charges are generated in the positive region and negative charges are generated in the negative region. In FIG. 4, the magnitude of the charge amount is not shown.
Therefore, the change in stress with respect to the change in Lb / La is obtained by differentiating the amount of displacement.
図5は、シミュレーションによる振動腕の応力曲線を表している。横軸にLb/La、
縦軸に応力を表す。なお、応力は、屈曲一次モードの変位と、屈曲二次モードの応力を比
較するために、規格化応力(または、応力の基準関数)として表している。ここで、応力
は電荷量に置き換えて説明できる。また、正の領域は圧縮応力であって、負の領域は引張
り応力である。
図5において、屈曲一次モードの応力は、振動腕12,13の根本からLb/La=1
(振動腕の長さと励振電極の長さが同じ)までの間に緩やかな曲線で増加しており、曲線
の全領域で圧縮応力(正の電荷)が発生している。
FIG. 5 shows a stress curve of the vibrating arm by simulation. Lb / La on the horizontal axis,
The vertical axis represents stress. The stress is expressed as a normalized stress (or a stress reference function) in order to compare the displacement in the bending primary mode and the stress in the bending secondary mode. Here, stress can be described by replacing it with the amount of charge. The positive region is a compressive stress, and the negative region is a tensile stress.
In FIG. 5, the stress in the bending primary mode is Lb / La = 1 from the roots of the vibrating
It increases in a gentle curve until the length of the vibrating arm and the length of the excitation electrode is the same, and compressive stress (positive charge) is generated in the entire area of the curve.
屈曲二次モードの応力は、Lb/La=0.2の付近にピーク値があり、先端方向(L
b/La=1)に向かって徐々に減少して、Lb/La=0.46付近で正の領域から負
の領域に転じ、さらに負の方向の変位が増加する。つまり、屈曲二次モードでは、Lb/
La=0.46付近で圧縮応力から引張り応力に転換する。よって、Lb/La=0.4
6付近が発生電荷の極性の変換部分といえる。
The stress in the bending secondary mode has a peak value in the vicinity of Lb / La = 0.2, and the tip direction (L
It gradually decreases toward b / La = 1), changes from a positive region to a negative region in the vicinity of Lb / La = 0.46, and further increases the displacement in the negative direction. That is, in the bending secondary mode, Lb /
In the vicinity of La = 0.46, the stress is changed from compressive stress to tensile stress. Therefore, Lb / La = 0.4
It can be said that the vicinity of 6 is a conversion part of the polarity of the generated charge.
屈曲二次モードにおいて、圧縮変位の場合の発生電荷を正、引張り変位の場合の発生電
荷は負であることから、励振電極30,38,40,48が前述の変換部分(Lb/La
≒0.46)よりも先端方向に長い場合には、振動腕12,13の基部11方向と先端方
向とで発生電荷の極性が反対になるため電荷の相殺がおき、屈曲二次モードの励振効率を
低下させる。従って、励振電極30,38,40,48の長さLbを変換部分よりも短く
しておくことで、発生電荷の相殺をなくすことが可能となる。
In the bending secondary mode, the generated charge in the case of compressive displacement is positive, and the generated charge in the case of tensile displacement is negative. Therefore, the
Is longer than ≈0.46), the generated charges have opposite polarities in the
なお、励振電極長さLbと振動腕長さLaとLbの比を0.1≦Lb/La≦0.46
(図5、(1)で示す)の範囲に設定することが好ましく、0.16≦Lb/La≦0.
28(図5、(2)で示す)の範囲に設定することがより好ましい。
Note that the ratio of the excitation electrode length Lb and the vibrating arm lengths La and Lb is set to 0.1 ≦ Lb / La ≦ 0.46.
It is preferable to set it within the range (shown in FIG. 5, (1)), and 0.16 ≦ Lb /
More preferably, it is set in the range of 28 (shown in FIG. 5, (2)).
前述したように、本実施形態の振動片10は、振動腕12,13の基端部11aから圧
縮変位から引張り変位への変換部分(Lb/La≒0.46)の位置までの範囲に励振電
極30,38,40,48を形成することにより、屈曲二次モードの振動腕の変位による
発生電荷の相殺がおきることがなく、屈曲二次モードの励振効率を高めることができる。
As described above, the
また、励振電極長さLbを、0.1≦Lb/La≦0.46の範囲に設定することによ
り、励振電極30,38,40,48が、圧縮変位の発生電荷のピーク値近傍の長さ領域
にあり、励振電極30,38,40,48と前述の変換部分との距離が長くとれるため、
振動腕12,13の変位による発生電荷の相殺が、よりおきにくくなり、屈曲二次モード
の励振効率をより高めることができる。
In addition, by setting the excitation electrode length Lb in a range of 0.1 ≦ Lb / La ≦ 0.46, the
The generated charges due to the displacement of the vibrating
さらに、励振電極長さLbを、0.16≦Lb/La≦0.28の範囲に設定すれば、
励振電極30,38,40,48が、圧縮変位の発生電荷のほぼピーク値の長さ位置にあ
る。よって、励振電極30,38,40,48と前述の変換部分(Lb/La≒0.46
となる位置)との距離が長くとれること、励振に有効な励振電極の長さLbも確保できる
ことから、振動腕12,13の変位による発生電荷の相殺が、より一層、おきにくくなり
、屈曲二次モードの励振効率をより高めることができる。
Furthermore, if the excitation electrode length Lb is set to a range of 0.16 ≦ Lb / La ≦ 0.28,
The
Since the distance between the vibrating
また、振動腕12,13には、励振電極30,38,40,48の形成範囲に、励振電
極長さLbと同じ長さの溝部20,21,22,23を形成することにより、同じ共振周
波数であれば、振動片10を小型化することができる。なお、このような振動片10は、
100KHz〜数MHzの共振周波数を有する振動片に適合する。
In addition, by forming
Fits a resonator element having a resonance frequency of 100 KHz to several MHz.
なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成でき
る範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
(変形例1)
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes modifications and improvements as long as the object of the present invention can be achieved.
(Modification 1)
図6は、変形例1に係る振動片を示し、(a)は平面図、(b)は(a)のB−B切断
面を示す断面図である。変形例1は、前述した実施形態1(図1、参照)の振動片10に
、付加電極をさらに加えたことを特徴とする。よって、実施形態1と同じ部分については
同じ符号を付し、実施形態1との相違箇所を中心に説明する。図6(a),(b)におい
て、振動腕12の第1主面10aには付加電極70、第2主面には付加電極75が設けら
れている。付加電極70は、リード電極71、側面電極42、リード電極41を介して励
振電極40と接続されている。また、付加電極75は、側面電極73,74、図示しない
リード電極を介して付加電極70と接続されている。
6A and 6B show a resonator element according to Modification Example 1, FIG. 6A is a plan view, and FIG. 6B is a cross-sectional view showing a BB cut surface of FIG.
振動腕13の第1主面10aには付加電極60、第2主面には付加電極65が設けられ
ている。付加電極60は、リード電極61、側面電極32、リード電極31を介して励振
電極30と接続されている。また、付加電極65は、側面電極62,63、図示しないリ
ード電極を介して付加電極60と接続されている。
An
なお、リード電極71とリード電極64との交差部、およびリード電極61とリード電
極72との交差部には絶縁層(例えば、SiO2)が介在されており、ショートを防止し
ている。
An insulating layer (for example, SiO 2 ) is interposed at the intersection between the
このようにすれば、付加電極60,65,70,75を設けることにより、並列容量C
dを高めることができ、その結果、屈曲二次モードのインピーダンス(CI値)を下げる
ことが可能で、屈曲二次モードの励振強度をより高めることができる。
(変形例2)
In this way, by providing the
d can be increased, and as a result, the impedance (CI value) of the bending secondary mode can be lowered, and the excitation strength of the bending secondary mode can be further increased.
(Modification 2)
次に、変形例2について説明する。前述した実施形態1および変形例1が、振動片10
に励振電極30,38,40,48を設けていることに対して、変形例2は、振動片に圧
電素子と励振電極を設けたことを特徴とする。
図7は、変形例2に係る振動腕を示す断面図である。振動腕12の第1主面10aには
圧電素子80、第2主面10bには圧電素子81が設けられている。圧電素子80の表面
には励振電極30、圧電素子81の表面には励振電極38が設けられている。励振電極3
0,38は、実施形態1に記載の励振電極30,38に相当する(図1、参照)。また、
振動腕12の側面には側面電極42,43が設けられており、この側面電極は、実施形態
1に記載の側面電極42,43に相当する(図1、参照)。
Next,
The second modification is characterized in that a piezoelectric element and an excitation electrode are provided on the resonator element.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a vibrating arm according to the second modification. A
0 and 38 correspond to the
また、圧電素子82の表面には励振電極40、圧電素子83の表面には励振電極48が
設けられている。励振電極40,48は、実施形態1に記載の励振電極40,48に相当
する(図1、参照)。また、振動腕13の側面には側面電極32,33が設けられており
、この側面電極は、実施形態1に記載の側面電極32,33に相当する(図1、参照)。
An
従って、励振電極30,38,40,48の基端部11aからの長さLbは、実施形態
1に記載の励振電極長さLbと同条件で形成されている。
Therefore, the length Lb from the
なお、変形例2においても、図3に示すような振動形態、図4に示すような振動腕12
,13の変形曲線、図5に示すような振動腕12,13の応力曲線を得ることができるの
で、実施形態1と同様な効果が得られる。
In the second modification, the vibration form as shown in FIG. 3 and the vibrating
, 13 and the stress curves of the vibrating
また、変形例2は、前述した変形例1(図6、参照)と組み合わせることが可能であり
、実施形態1と変形例1とをあわせた効果を奏することができる。
(振動子)
Moreover, the modified example 2 can be combined with the modified example 1 (see FIG. 6) described above, and an effect obtained by combining the first embodiment and the modified example 1 can be achieved.
(Vibrator)
続いて、前述した振動片10を用いた振動子の1例について図面を参照して説明する。
図8は、振動子の概略構成を示す断面図である。振動子100は、前述した振動片10
と、この振動片10を収容するパッケージベース101、及びパッケージベース101の
開口部を封止するリッド102とを主な構成要素としている。
Next, an example of a vibrator using the above-described vibrating
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the vibrator. The
The main component is a
パッケージベース101は、セラミックグリーンシート等を積層して焼成した箱体であ
り、凹状に形成されたキャビティ内部には、振動片10を実装するための台座103と内
部実装電極106,107が形成されている。内部実装電極106は、振動片10の接続
電極36と電気的に接続され、内部実装電極107は、振動片10の接続電極46と電気
的に接続されている。パッケージベース101の外部底面には、外部実装端子104,1
05が形成されている。外部実装端子104,105は、図示しないスルーホール等を介
して内部実装電極106、または内部実装電極107と電気的に接続されている。
The
05 is formed. The
リッド102は、本実施形態の場合には平板状であって、金属またはガラスが採用され
ることが多い。いずれの材質を採用する場合であっても、線膨張係数がパッケージベース
101と近似したものを採用することが望ましい。
In the case of the present embodiment, the
振動片10を収容するパッケージとしてのパッケージベース101の開口部を封止する
際、リッド102は接合材(図示せず)を介して接合される。接合材は、リッド102を
構成する材質により異なる。例えばリッド102が金属であった場合、接合材には低融点
金属で構成されたシールリングを用いる。一方、リッド102がガラスであった場合、接
合部材には低融点ガラスを採用することが好ましい。
When sealing the opening of the
パッケージベース101とリッド102で構成される空間は、減圧状態または真空状態
を保持できるように気密封止されている。
A space formed by the
このように構成される振動子100は、外部実装端子104,105を介した外部から
の駆動信号により振動片10が励振され、所定の周波数(例えば、32kHz)で発振す
る。
In the
振動片10は、パッケージ内に収納され、パッケージ内において、真空環境で振動され
ることで、より一層安定した振動を長期間にわたって維持することができる。また、パッ
ケージ内に収納されることで、扱いやすいうえ、湿度など外部環境から振動片10を保護
することができる。
(発振器)
The
(Oscillator)
次に、前述した振動片10を有する発振器について図面を参照して説明する。
図9は、発振器の構成例を示す説明図である。発振器200は、振動片10と、この振
動片10と並列に接続された発振回路201(例えば、インバーター)と、を含む。発振
回路201の一方端が前述した接続電極36と接続され、他方端が前述した接続電極46
と接続される。また、図示するように、振動片10と発振回路201との一方の接続点と
接地端との間に接続された容量素子(コンデンサー)202と、振動片10と発振回路2
01との他方の接続点と接地端との間に接続された容量素子(コンデンサー)203と、
を更に備えてもよい。
Next, an oscillator having the above-described
FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of an oscillator. The
Connected. Further, as illustrated, a capacitive element (capacitor) 202 connected between one connection point of the
A capacitive element (capacitor) 203 connected between the other connection point of 01 and the ground terminal;
May be further provided.
以上に説明した発振器200は、従来と同等の性能を保ちつつ小型化された発振器を提
供することが可能となる。また、振動片10のLb/Laを前述したような適切な範囲に
設定することで、屈曲二次モードの励振強度が高められ、信頼性の高い発振器を実現でき
る。
(電子機器)
The
(Electronics)
次に、前述した振動片10を有する発振器200を適用した電子機器について説明する
。
図10は、電子機器の一例として示す携帯電話機の斜視図である。携帯電話機1000
は表示部1001と、複数の操作ボタン1002と、受話口1003と、送話口1004
とを備え、内部回路構成要素のタイミングデバイスなどとして上述した振動子100また
は発振器200を備えて構成されている。従って、前述したような振動子100または発
振器200を備えた信頼性の高い携帯電話機1000を実現できる。
Next, an electronic apparatus to which the
FIG. 10 is a perspective view of a mobile phone shown as an example of an electronic device.
Is a
And the above-described
なお、本発明を適用した電子機器としては、上述したような携帯電話機1000に限ら
ず、例えば、電子ブック、パーソナルコンピューター、ディジタルスチルカメラ、液晶テ
レビ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓
、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、POS端末などを挙げること
ができる。
The electronic apparatus to which the present invention is applied is not limited to the
10…振動片、11…基部、11a…基端部、12,13…振動腕、30,38,40
,48…励振電極、La…振動腕長さ、Lb…励振電極長さ。
DESCRIPTION OF
48 ... excitation electrode, La ... vibrating arm length, Lb ... excitation electrode length.
Claims (7)
前記基部の基端部から延在された振動腕と、
前記振動腕の主面に設けられた励振電極と、
を有し、
前記振動腕は、屈曲二次モードを用いて励振し、
前記励振電極は、前記基端部から前記振動腕の前記屈曲二次モードにおける圧縮変位か
ら引張り変位への変換部分または引張り変位から圧縮変位への変換部分までの範囲内に設
けられていること、
を特徴とする振動片。 The base,
A vibrating arm extending from the base end of the base;
An excitation electrode provided on a main surface of the vibrating arm;
Have
The vibrating arm is excited using a bending secondary mode,
The excitation electrode is provided within a range from the base end portion to the conversion portion from the compression displacement to the tensile displacement or the conversion portion from the tensile displacement to the compression displacement in the bending secondary mode of the vibrating arm;
Vibrating piece characterized by.
前記基端部から前記励振電極の前記基端部の反対側の端部までの長さをLbとしたとき
、
Lb/Laは、0.1≦Lb/La≦0.46の範囲に設定されていること、
を特徴とする請求項1に記載の振動片。 The length from the base end to the tip of the vibrating arm is La,
When the length from the base end to the end opposite to the base end of the excitation electrode is Lb,
Lb / La is set in a range of 0.1 ≦ Lb / La ≦ 0.46,
The resonator element according to claim 1.
前記基端部から前記励振電極の前記基端部の反対側の端部までの長さをLbとしたとき
、
Lb/Laは、0.16≦Lb/La≦0.28の範囲に設定されていること、
を特徴とする請求項1に記載の振動片。 The length from the base end to the tip of the vibrating arm is La,
When the length from the base end to the end opposite to the base end of the excitation electrode is Lb,
Lb / La is set in a range of 0.16 ≦ Lb / La ≦ 0.28,
The resonator element according to claim 1.
前記励振電極の少なくとも一部は、前記溝部内に設けられていること、
を特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の振動片。 A groove is provided on the main surface of the vibrating arm,
At least a part of the excitation electrode is provided in the groove,
The resonator element according to claim 1, wherein:
前記振動片が格納されたパッケージと、
を有することを特徴とする振動子。 A vibrating piece according to any one of claims 1 to 4,
A package in which the resonator element is stored;
A vibrator characterized by comprising:
前記振動片に接続された発振回路と、
を有することを特徴とする発振器。 A vibrating piece according to any one of claims 1 to 4,
An oscillation circuit connected to the resonator element;
An oscillator comprising:
ことを特徴とする電子機器。 The resonator element according to claim 1, comprising the resonator element according to claim 1.
An electronic device characterized by that.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011133936A JP2013005203A (en) | 2011-06-16 | 2011-06-16 | Vibration piece, vibrator, oscillator and electronic apparatus |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2013005203A true JP2013005203A (en) | 2013-01-07 |
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