振動片および振動子
【課題】振動漏れおよび同相モード振動の発生を低減し、簡単な構造で振動片の小型化を可能にする。
【解決手段】基部１５と、３以上の奇数本の振動腕１１，１２，１３と、基部１５と振動腕１１，１２，１３との間に位置してそれぞれを連結する連結部１４と、を備え、各振動腕１１，１２，１３が厚み方向に振動し、かつ隣り合う振動腕が互いに反対方向に振動する振動片１であって、振動腕１１，１２，１３の厚みをｔ1、連結部１４の厚みをｔ2、基部１５の厚みをｔ3、としたとき、ｔ1≦ｔ2＜ｔ3、となるように構成する。
【解決手段】基部１５と、３以上の奇数本の振動腕１１，１２，１３と、基部１５と振動腕１１，１２，１３との間に位置してそれぞれを連結する連結部１４と、を備え、各振動腕１１，１２，１３が厚み方向に振動し、かつ隣り合う振動腕が互いに反対方向に振動する振動片１であって、振動腕１１，１２，１３の厚みをｔ1、連結部１４の厚みをｔ2、基部１５の厚みをｔ3、としたとき、ｔ1≦ｔ2＜ｔ3、となるように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動腕を有する振動片およびその振動片を収容した振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動腕を有する振動子において、振動腕が屈曲振動のように面内で振動するのではなく、振動腕の厚み方向に振動する振動片が知られている。この振動片は、一般に複数本の振動腕を有し、隣り合う振動腕が反対方向の振動を交互に繰り返す、ウォークモード振動を行う振動片である。
特に、奇数本の振動腕を使った振動片では、振動の姿態が対称ではないため、振動腕に連結される基部に振動が漏れる問題がある。
この対策として、特許文献１には３本の腕（脚）を持つ振動片において、取り付け部と腕の間に棒状の支持部を設けて、支持部がトーションバーとして機能する構造とし、振動の漏れを減少させる振動片が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１９６８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の構造では支持部を設けるために、振動片のサイズが大きくなり、振動片の小型化が困難である。
また、ウォークモード振動を利用した振動片では、全ての振動腕が同じ方向に振動してしまう同相モードの振動が生ずることがある。これは、主振動のウォークモード振動と同相モード振動の共振周波数が近いために生じており、同相モード振動を抑制した振動片が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記課題の少なくとも一部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。
【０００６】
［適用例１］本適用例にかかる振動片は、基部と、３以上の奇数本の振動腕と、該基部と該振動腕との間に位置してそれぞれを連結する連結部と、を備え、各前記振動腕が厚み方向に振動し、かつ隣り合う前記振動腕が互いに反対方向に振動する振動片であって、前記振動腕の厚みをｔ1、前記連結部の厚みをｔ2、前記基部の厚みをｔ3、としたとき、ｔ1≦ｔ2＜ｔ3、であることを特徴とする。
【０００７】
この構成の振動片は、連結部の厚みｔ2を振動腕の厚みｔ1と同等あるいは厚く形成し、基部の厚みｔ3を連結部の厚みｔ2よりも厚く形成している。
このように、振動腕の厚みより連結部、基部の厚みを厚く形成することで、振動腕の振動エネルギーを、これらの厚板化した部分で反射させて振動腕に振動エネルギーを閉じ込め、振動が基部に漏れることを防止できる。
また、振動腕の厚みと同等に形成した連結部を設けることで、振動片のスプリアスモードである同相モードの共振周波数を主振動の周波数から離すことが可能である。同相モードの共振周波数を主振動の共振周波数から離すことで、同相モードの振動が発生しにくくなる。
このように、本適用例の振動片は振動漏れおよび同相モード振動の発生を低減し、簡単な構造で振動片の小型化を可能にすることができる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例にかかる振動片において、前記振動腕の延びる方向に沿って隣り合う前記振動腕の間の距離を２等分する中心線を分割線として、前記連結部が分割されたとして、一方の端の前記振動腕から数えて、奇数本目の前記振動腕とそれに連なる分割された前記連結部の体積の総和と、偶数本目の前記振動腕とそれに連なる分割された前記連結部の体積の総和と、が等しいことが望ましい。
【０００９】
この構成の振動片によれば、奇数本目の振動腕とそれに連なる分割された連結部の体積の総和と、偶数本目の振動腕とそれに連なる分割された連結部の体積の総和と、が等しい。
この構成の振動片において、振動腕の振動に伴って連結部に歪みが生じるため、一方の方向に振動する各振動腕および連結部の体積と、他方の方向に振動する振動腕および連結部の体積とを等しくすることで振動の姿態が対称となり、振動漏れを低減することができる。
【００１０】
［適用例３］上記適用例にかかる振動片において、前記連結部の両端に、前記振動腕が並ぶ方向に張り出す肩部が形成されていることが望ましい。
【００１１】
この構成によれば、連結部の両端に、振動腕が並ぶ方向に張り出す肩部が形成されている。このような構造とすることで、隣り合う振動腕の間の距離を２等分する中心線を分割線として振動片を分割したと想定したとき、振動腕とそれに連なる連結部の形状が相似形となり、振動の対称性が高まり、振動漏れを低減することができる。
【００１２】
［適用例４］上記適用例にかかる振動片において、前記振動腕の前記連結部に近い位置に圧電素子が設けられていることが望ましい。
【００１３】
この構成によれば、圧電材料を電極で挟んだ圧電素子が振動腕の連結部に近い位置に設けられている。
圧電素子の電極に交番電圧を印加することで圧電素子が伸縮し、そして振動腕が振動する。このように、振動腕に圧電素子を設けることで振動腕を容易に駆動することができる。
【００１４】
［適用例５］上記適用例にかかる振動片において、厚みの差が生ずる前記振動腕と前記連結部との間及び前記連結部と前記基部との間の少なくともいずれか一方に斜面部が形成されていることが望ましい。
【００１５】
この構成によれば、厚みの差が生ずる振動腕と連結部との間及び連結部と基部との間の少なくともいずれか一方に斜面部が形成されている。このため厚みの差で生ずる段差部は形成されず、振動腕に備えられる電極に接続される配線がこの斜面部を通って配置でき、断線することなく確実に配線を配置することができる。
【００１６】
［適用例６］本適用例にかかる振動子は、上記に記載の振動片と、前記振動片を収納する収容器を有し、前記振動片が前記収容器内に気密に収容されていることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、上記の振動漏れが低減された振動片が収容器に収容されていることから、特性に優れ小型化された振動子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態における振動片の構成を示す概略平面図。
【図２】第１の実施形態における振動片の構成を示し、図１の裏面の概略平面図。
【図３】第１の実施形態における圧電素子の構成を示す概略断面図。
【図４】第１の実施形態における振動片の構成を示し、図１のＢ−Ｂ断線に沿う概略断面図。
【図５】第１の実施形態における振動片ブランクの構成を示す説明図。
【図６】第１の実施形態における下部電極に接続される配線の概略平面図。
【図７】第１の実施形態における下部電極に接続される裏面の配線の概略平面図。
【図８】第１の実施形態における上部電極に接続される配線の概略平面図。
【図９】第１の実施形態における上部電極に接続される裏面の配線の概略平面図。
【図１０】第１の実施形態における振動片の動作を説明する模式図。
【図１１】変形例１における振動片ブランクの構成を示す説明図。
【図１２】変形例２における振動片ブランクの構成を示す説明図。
【図１３】変形例３における振動片ブランクの構成を示す説明図。
【図１４】第２の実施形態における振動子の構成を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の寸法の割合を適宜変更している。
（第１の実施形態）
【００２０】
図１は本実施形態の振動片の構成を示す概略平面図である。図２は本実施形態の振動片の構成を示し、図１の裏面の概略平面図である。図３は圧電素子の構成を示し図１のＡ−Ａ断線に沿う概略断面図である。図４は図１のＢ−Ｂ断線に沿う概略断面図である。
図１、図２に示すように、振動片ブランク１ａに圧電素子６１，６２，６３が設けられ振動片１が形成されている。この振動片ブランク１ａは水晶またはシリコンなどの基材を用いて形成されている。振動片１は直交座標系でＸＹ平面に展開したときに、Ｚ方向を厚みとする形態である。振動片１は３本の振動腕１１，１２，１３を有し、振動腕１１，１２，１３はＸ方向に並列されると共に、Ｙ方向に互いに平行に延在している。
そして、振動腕１１，１２，１３は連結部１４に連結され、さらに連結部１４は基部１５に連結されている。また、振動腕１１，１２，１３のＺ方向に垂直な面である第１面１６ａと第２面１６ｂとが対向し、この第１面１６ａと第２面１６ｂの間の寸法が振動腕１１，１２，１３の厚みを規定する。
【００２１】
振動片ブランク１ａは図４に示すように、振動腕１１，１２，１３の厚みと連結部１４の厚みとが同等に形成され、基部１５は連結部１４より厚みが厚く形成されている。そして振動腕の第２面１６ｂ側の基部１５には、連結部１４との厚みの差による段差部を形成せずに、連結部１４側から厚みが徐々に増加する斜面部１７が形成されている。
【００２２】
各振動腕１１，１２，１３の連結部１４に近い位置にはそれぞれ圧電素子６１，６２，６３が形成されている。
振動腕１１に形成された圧電素子６１は、図３に示すように、下部電極２１、圧電膜３１、上部電極５１が積層されて形成されている。
下部電極２１は、振動腕１１の厚みを規定する対向する面のうちの第１面１６ａ上に設けられている。また、この下部電極２１は振動腕１１の幅と同等の幅で形成されている。下部電極２１の上には、下部電極２１を覆い振動腕１１の周囲を囲むように側面および第２面１６ｂにかけて圧電膜３１が形成されている。そして、圧電膜３１の上には、圧電膜３１を覆う上部電極５１が形成されている。さらに、上部電極５１に接続される配線５８が、振動腕１１を囲むように振動腕１１の側面を経て第２面１６ｂに引き出されている。
【００２３】
このようにして、圧電膜３１を挟んで下部電極２１と上部電極５１とが対向することで圧電素子６１が形成され、各電極間に正負の電圧をかけることで圧電膜３１が圧縮または伸長することが可能である。そして、圧電膜３１が圧縮または伸長することで、振動腕１１をＺ方向に変位させることができる。このように、振動腕１１に圧電素子６１を設けることで振動腕１１を容易に駆動することができる。
同様に、振動腕１２，１３に形成された圧電素子６２，６３は、下部電極２２，２３、圧電膜３２，３３、上部電極５２，５３が積層されて形成されている。さらに、上部電極５２，５３に接続される配線５８が、振動腕１２，１３を囲むように振動腕１２，１３の側面を経て第２面１６ｂに引き出されている。
【００２４】
なお、下部電極２１，２２，２３、上部電極５１，５２，５３およびこれらの電極に接続される配線２８，５８は連続して形成されているため、本実施形態の説明では下部電極２１，２２，２３および上部電極５１，５２，５３は、これらの電極が圧電膜３１，３２，３３を挟んで重なり合う部分を言い、それ以外はそれぞれの電極に接続する配線２８，５８と呼ぶ。
また、下部電極２１，２２，２３と上部電極５１，５２，５３との間にＳｉＯ2、Ｓｉ2Ｎ3などの絶縁膜を設け、下部電極２１，２２，２３と上部電極５１，５２，５３の間の電気的短絡を確実に防止しても良い。
【００２５】
次に図１、図２、図４に示すように、下部電極２１，２２，２３に接続される配線２８および上部電極５１，５２，５３に接続される配線５８は、振動片１の基部１５に引き出され、パッケージなどの基台に固定されて電気的導通が図られるマウント電極６５，６６に接続されている。このとき、振動片の第２面１６ｂ側では斜面部１７を通って配線５８が配置される。また、下部電極２２と上部電極５１，５３とを繋ぎ、圧電素子６１，６３と圧電素子６２との極性が逆になるように接続部５７が設けられている。
【００２６】
なお、下部電極および上部電極はＡｕ、Ａｌ、Ｔｉなどの金属材料を利用できる。また、下部電極および上部電極は下地との密着強度を向上させるために下地との間にＣｒ膜を備えても良い。圧電膜としては、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＰＺＴ、ＬｉＮｂＯ3、ＫＮｂＯ3などの材料を使用することができるが、特にＺｎＯ、ＡｌＮがより良好な特性が得られ好ましい。
また、振動片ブランク１ａの基材として水晶を用いる場合には、Ｘカット板、ＡＴカット板、Ｚカット板などを利用することができる。
【００２７】
＜振動片ブランクの構成＞
次に、振動片ブランクの構成について詳しく説明する。
図５は振動片ブランクの構成を示す説明図である。この図では、平面図と断面図とを用いて、それぞれの位置関係を対応して表示している。
振動片ブランク１ａは、振動腕１１，１２，１３と、連結部１４と、基部１５を備えている。そして、振動腕１１，１２，１３の厚みをｔ1、連結部１４の厚みをｔ2、基部１５の厚みをｔ3、としたときｔ1＝ｔ2、ｔ2＜ｔ3、という関係にある。
また、振動腕１１の腕幅をＷ1、振動腕１２の腕幅をＷ2、振動腕１３の腕幅をＷ3、とすると、Ｗ2＝Ｗ1＋Ｗ3、という関係に設定されている。
【００２８】
さらに、振動腕１１と振動腕１２との間の距離をＤ1、振動腕１２と振動腕１３との間の距離をＤ2、とし、振動腕１１，１２の延びる方向に沿って、これらの距離Ｄ1，Ｄ2をそれぞれ２等分する中心線Ｃ1，Ｃ2を分割線として連結部１４を分割したと想定する。
振動腕１１に連なる、中心線Ｃ1により分割された連結部１４の体積をＶｂ1、振動腕１２に連なる、中心線Ｃ1，Ｃ2により分割された連結部１４の体積をＶｂ2、振動腕１３に連なる、中心線Ｃ2により分割された連結部１４の体積をＶｂ3、とする。また、振動腕１１の体積をＶａ1、振動腕１２の体積をＶａ2、振動腕１３の体積をＶａ3、とする。このとき、（Ｖａ1＋Ｖｂ1）＋（Ｖａ3＋Ｖｂ3）＝Ｖａ2＋Ｖｂ2、なる関係に設定されている。つまり、振動腕１１から数えて奇数本目（１本目と３本目）の振動腕１１，１３とそれに連なる分割された連結部の体積の総和と、偶数本目（２本目）の振動腕１２とそれに連なる分割された連結部の体積の総和とが等しい関係にある。
【００２９】
＜下部電極および上部電極に接続される配線の構成＞
次に、上記のような振動片１の下部電極および上部電極に接続される配線について詳しく説明する。
図６は下部電極に接続される配線の概略平面図であり、図７は図６の裏面の概略平面図である。図８は上部電極に接続される配線の概略平面図であり、図９は図８の裏面の概略平面図である。
【００３０】
まず、図６に示すように、下部電極２１，２２，２３は振動腕１１，１２，１３の厚みを規定する対向する面のうちの第１面１６ａ上に設けられている。
中央に位置する振動腕１２に形成された下部電極２２からは、同一面の連結部１４に配線２８が引き出されて、接続部２７に接続されている。振動腕１２の両側に位置する振動腕１１，１３に形成された下部電極２１，２３からは、同一面の連結部１４および基部１５に配線２８が引き出されて接続され、さらにこれらの配線２８はマウント電極６６に接続されている。また、図７に示すように、他方の面（裏面）には配線は形成しなくても良い。
【００３１】
次に図８、図９に示すように、上部電極５１，５２，５３は下部電極を覆う位置に形成される。そして、上部電極５１，５２，５３に接続される配線５８が、振動腕１１，１２，１３を囲むように振動腕１１，１２，１３の側面を経て第２面１６ｂに引き出されている。
振動片の表面では、図８に示すように、振動腕１２の両側に位置する振動腕１１，１３に形成された上部電極５１，５３からは、連結部１４に配線５８が引き出されて、接続部５７に接続されている。
【００３２】
一方、振動片の裏面では、図９に示すように、中央に位置する振動腕１２に形成された上部電極５２からは、連結部１４および基部１５に配線５８が引き出されて、斜面部１７を通ってマウント電極６６に接続されている。このマウント電極６６は基部１５の側面に形成された配線により振動片の表面に引き回されて、表裏にマウント電極６６が設けられている。
また、振動腕１１に形成された上部電極５１からは、連結部１４および基部１５に配線５８が引き出されて、斜面部１７を通ってマウント電極６５に接続されている。このマウント電極６５は基部１５の側面に形成された配線により振動片の表面に引き回されて、表裏にマウント電極６５が設けられている。
このように、斜面部１７を通って配線５８を配置でき、段差部がないので配線５８が断線することがない。
【００３３】
このような、下部電極２１，２２，２３に接続される配線２８および上部電極５１，５２，５３に接続される配線５８が構成され、下部電極側の接続部２７と上部電極側の接続部５７が接続され、下部電極２２と上部電極５１，５３が接続される。さらに、上部電極５１を通って上部電極側のマウント電極６５に接続される。このようにして、下部電極２２と上部電極５１，５３がマウント電極６５に接続された配線となる。
また、下部電極側のマウント電極６６と上部電極側のマウント電極６６とが接続され、下部電極２１，２３と上部電極５２が接続される。このようにして、下部電極２１，２３と上部電極５２がマウント電極６６に接続された配線となる。
【００３４】
図１０は、第１の実施形態における振動片の動作を説明する模式図である。
上記のような構成の振動片１は、各圧電素子（図示せず）に電圧を加えることで振動腕はＺ方向に変位する。そして、振動腕１１と振動腕１３は同じ極性の圧電素子が設けられていることから、中央の振動腕１２とその両脇の振動腕１１，１３は逆方向に振動し、交番電圧を加えることで隣り合う振動腕が反対方向の振動を交互に繰り返す振動（ウォークモード振動）を行う。
【００３５】
以上、本実施形態の振動片１は、連結部１４の厚みｔ2を振動腕１１，１２，１３の厚みｔ1と同等に形成し、基部１５の厚みｔ3を連結部１４の厚みｔ2よりも厚く形成している。
このように、振動腕１１，１２，１３の厚みｔ1より基部１５の厚みｔ3を厚く形成することで、これらの厚板化した部分で振動エネルギーを反射させて振動エネルギーを振動腕１１，１２，１３に閉じ込め、振動が基部１５に漏れることを防止できる。
さらに、振動腕１１，１２，１３の厚みｔ1と同等に形成した連結部１４を設けることで、振動片１のスプリアスモードである同相モードの共振周波数が低下し、主振動の共振周波数から離すことが可能である。同相モードの共振周波数を主振動の共振周波数から離すことで、同相モードの振動が発生しにくくなる。
このように、本実施形態の振動片１は、振動漏れおよび同相モード振動の発生を低減し簡単な構造で振動片１の小型化が可能である。
【００３６】
また、本実施形態の振動片１は、奇数本目の振動腕１１，１３とそれに連なる分割された連結部の体積の総和と、偶数本目の振動腕１２とそれに連なる分割された連結部の体積の総和と、が等しい。
この構成の振動片１において、振動腕１１，１２，１３の振動に伴って連結部１４に歪みが生じるため、一方の方向に振動する各振動腕および連結部の体積と、他方の方向に振動する振動腕および連結部の体積とを等しくすることで、振動の姿態が対称となり、振動漏れを低減することができる。
（変形例１）
【００３７】
次に、第１の実施形態の変形例について説明する。以下の変形例では、振動片ブランクの形状が第１の実施形態と異なる。
図１１は変形例１における振動片ブランクの構成を示す説明図である。この図では、平面図と断面図とを用いて、それぞれの位置関係を対応して表示している。
振動片ブランク２ａは、振動腕１１１，１１２，１１３と、連結部１１４と、基部１１５を備えている。そして、振動腕１１１，１１２，１１３の厚みをｔ1、連結部１１４の厚みをｔ2、基部１１５の厚みをｔ3、としたときｔ1＝ｔ2、ｔ2＜ｔ3、という関係にある。基部１１５には、連結部１１４から厚みが増加する斜面部１１７が設けられ、厚みの差による段差を解消している。
また、振動腕１１１の腕幅をＷ11、振動腕１１２の腕幅をＷ12、振動腕１１３の腕幅をＷ13、とすると、Ｗ12＞Ｗ11＋Ｗ13、という関係に設定されている。
連結部１１４の両端には、振動腕１１１，１１２，１１３の並ぶ方向に張り出す肩部１１８が設けられている。
【００３８】
さらに、振動腕１１１と振動腕１１２との間の距離をＤ1、振動腕１１２と振動腕１１３との間の距離をＤ2、とし、振動腕１１１，１１２，１１３の延びる方向に沿って、これらの距離Ｄ1，Ｄ2をそれぞれ２等分する中心線Ｃ1，Ｃ2を分割線として連結部１１４を分割したと想定する。
振動腕１１１に連なり、中心線Ｃ1により分割された連結部１１４の体積をＶｂ1、振動腕１１２に連なり、中心線Ｃ1，Ｃ2により分割された連結部１１４の体積をＶｂ2、振動腕１１３に連なり、中心線Ｃ2により分割された連結部１１４の体積をＶｂ3、とする。また、振動腕１１１の体積をＶａ1、振動腕１１２の体積をＶａ2、振動腕１１３の体積をＶａ3、とする。このとき、（Ｖａ1＋Ｖｂ1）＋（Ｖａ3＋Ｖｂ3）＝Ｖａ2＋Ｖｂ2、なる関係に設定されている。つまり、振動腕１１１から数えて奇数本目（１本目と３本目）の振動腕１１１，１１３とそれに連なる分割された連結部の体積の総和と、偶数本目（２本目）の振動腕１１２とそれに連なる分割された連結部の体積の総和とが等しい関係にある。
【００３９】
そして、振動腕１１１，１１２，１１３の連結部１１４に近い位置に圧電素子１６１，１６２，１６３を設けて必要な配線（図示せず）を配置することで、振動片を得ることができる。
この変形例１のように、振動片ブランク２ａにおける連結部１１４の両端に、振動腕１１１，１１２，１１３の並ぶ方向に張り出す肩部１１８を設けても良い。
この構成によれば、隣り合う振動腕の間の距離を２等分する中心線Ｃ1，Ｃ2を分割線として振動片を分割したと想定したとき、振動腕とそれに連なる連結部の形状が相似形となり、振動の対称性が高まり、振動漏れを低減することができる。
（変形例２）
【００４０】
図１２は変形例２における振動片ブランクの構成を示す説明図である。この図では、平面図と断面図とを用いて、それぞれの位置関係を対応して表示している。
振動片ブランク３ａは、振動腕１２１，１２２，１２３と、連結部１２４と、基部１２５を備えている。そして、振動腕１２１，１２２，１２３の厚みをｔ1、連結部１２４の厚みをｔ2、基部１２５の厚みをｔ3、としたときｔ1＜ｔ2＜ｔ3、という関係にある。
連結部１２４には、振動腕１２１，１２２，１２３から厚みが増加する斜面部１２８が設けられ、厚みの差による段差を解消している。同様に、基部１２５には、連結部１２４から厚みが増加する斜面部１２７が設けられ、厚みの差による段差を解消している。
また、振動腕１２１の腕幅をＷ21、振動腕１２２の腕幅をＷ22、振動腕１２３の腕幅をＷ23、とすると、Ｗ22＝Ｗ21＋Ｗ23、という関係に設定されている。
【００４１】
さらに、振動腕１２１と振動腕１２２との間の距離をＤ1、振動腕１２２と振動腕１２３との間の距離をＤ2、とし、振動腕１２１，１２２，１２３の延びる方向に沿って、これらの距離Ｄ1，Ｄ2をそれぞれ２等分する中心線Ｃ1，Ｃ2を分割線として連結部１２４を分割したと想定する。
振動腕１２１に連なる、中心線Ｃ1により分割された連結部１２４の体積をＶｂ1、振動腕１２２に連なる、中心線Ｃ1，Ｃ2により分割された連結部１２４の体積をＶｂ2、振動腕１２３に連なる、中心線Ｃ2により分割された連結部１２４の体積をＶｂ3、とする。また、振動腕１２１の体積をＶａ1、振動腕１２２の体積をＶａ2、振動腕１２３の体積をＶａ3、とする。このとき、（Ｖａ1＋Ｖｂ1）＋（Ｖａ3＋Ｖｂ3）＝Ｖａ2＋Ｖｂ2、なる関係に設定されている。つまり、振動腕１２１から数えて奇数本目（１本目と３本目）の振動腕１２１，１２３とそれに連なる分割された連結部の体積の総和と、偶数本目（２本目）の振動腕１２２とそれに連なる分割された連結部の体積の総和とが等しい関係にある。
【００４２】
そして、振動腕１２１，１２２，１２３の連結部１２４に近い位置に圧電素子１６１，１６２，１６３を設けて必要な配線（図示せず）を配置することで、振動片を得ることができる。
この変形例２のように、連結部１２４の厚みｔ2を振動腕１２１，１２２，１２３の厚みｔ1よりも厚く形成し、基部１２５の厚みｔ3を連結部１２４の厚みｔ2よりも厚く形成しても良い。
このように、振動腕１２１，１２２，１２３よりも厚板化した連結部１２４および基部１２５で振動エネルギーを反射させて振動エネルギーを振動腕１２１，１２２，１２３に閉じ込め、振動が基部１２５に漏れることを防止できる。
（変形例３）
【００４３】
図１３は変形例３における振動片ブランクの構成を示す説明図である。この図では、平面図と断面図とを用いて、それぞれの位置関係を対応して表示している。
振動片ブランク４ａは、５本の振動腕１３１〜１３５と、連結部１４４と、基部１４５を備えている。そして、振動腕１３１〜１３５の厚みをｔ1、連結部１４４の厚みをｔ2、基部１４５の厚みをｔ3、としたときｔ1＝ｔ2、ｔ2＜ｔ3、という関係にある。基部１４５には、連結部１４４から厚みが増加する斜面部１３７が設けられ、厚みの差による段差を解消している。
また、振動腕１３１の腕幅をＷ31、振動腕１３２の腕幅をＷ32、振動腕１３３の腕幅をＷ33、振動腕１３４の腕幅をＷ34、振動腕１３５の腕幅をＷ35、とすると、Ｗ31＋Ｗ33＋Ｗ35＝Ｗ32＋Ｗ34、という関係に設定されている。
【００４４】
さらに、振動腕１３１と振動腕１３２との間の距離をＤ1、振動腕１３２と振動腕１３３との間の距離をＤ2、振動腕１３３と振動腕１３４との間の距離をＤ3、振動腕１３４と振動腕１３５との間の距離をＤ4、とし、振動腕１３１〜１３５の延びる方向に沿って、これらの距離Ｄ1〜Ｄ4をそれぞれ２等分する中心線Ｃ1〜Ｃ4を分割線として連結部１４４を分割したと想定する。
振動腕１３１に連なる、中心線Ｃ1により分割された連結部１４４の体積をＶｂ1、振動腕１３２に連なる、中心線Ｃ1，Ｃ2により分割された連結部１４４の体積をＶｂ2、振動腕１３３に連なる、中心線Ｃ2，Ｃ3により分割された連結部１４４の体積をＶｂ3、振動腕１３４に連なる、中心線Ｃ3，Ｃ4により分割された連結部１４４の体積をＶｂ4、振動腕１３５に連なる、中心線Ｃ4により分割された連結部１４４の体積をＶｂ5、とする。
また、振動腕１３１の体積をＶａ1、振動腕１３２の体積をＶａ2、振動腕１３３の体積をＶａ3、振動腕１３４の体積をＶａ4、振動腕１３５の体積をＶａ5、とする。このとき、（Ｖａ1＋Ｖｂ1）＋（Ｖａ3＋Ｖｂ3）＋（Ｖａ5＋Ｖｂ5）＝（Ｖａ2＋Ｖｂ2）＋（Ｖａ4＋Ｖｂ4）、なる関係に設定されている。つまり、振動腕１３１から数えて奇数本目（１本目、３本目、５本目）の振動腕１３１，１３３，１３５とそれに連なる分割された連結部の体積の総和と、偶数本目（２本目、４本目）の振動腕１３２，１３４とそれに連なる分割された連結部の体積の総和とが等しい関係にある。
【００４５】
そして、振動腕１３１〜１３５の連結部１４４に近い位置に圧電素子１６１〜１６５を設けて必要な配線（図示せず）を配置することで、振動片を得ることができる。
このように、振動腕の本数は３以上の奇数本であれば良く、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
なお、上記の実施形態および変形例では奇数本目の振動腕とそれに連なる分割された連結部の体積の総和と、偶数本目の振動腕とそれに連なる分割された連結部の体積の総和とが等しい関係にあるとしたが、それぞれの体積を質量と言い換えても同じである。
さらに、振動腕および連結部に形成される圧電素子、配線の質量を加味して、奇数本目の振動腕とそれに連なる分割された連結部の質量の総和と、偶数本目の振動腕とそれに連なる分割された連結部の質量の総和とが等しいとすれば、さらに振動の姿態が対称となる特性の良好な振動片を得ることができる。
（第２の実施形態）
【００４７】
次に、第２の実施形態として、上記で説明した振動片を備えた振動子について説明する。
図１４は振動子の構成を示し、図１４（ａ）は概略平面図、図１４（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ断線に沿う概略断面図である。
振動子５は、振動片１と、収容器としてのセラミックパッケージ８１と、蓋体８５を備えている。
セラミックパッケージ８１は、振動片１を収納できるように凹部が形成され、その凹部には振動片１のマウント電極と接続される接続パッド８８が設けられている。接続パッド８８はセラミックパッケージ８１内の配線に接続され、セラミックパッケージ８１の外周部に設けられた外部接続端子８３と導通可能に構成されている。
また、セラミックパッケージ８１の凹部の周囲にはシームリング８２が設けられている。さらに、セラミックパッケージ８１の底部には貫通穴８６が設けられている。
【００４８】
振動片１は、セラミックパッケージ８１の接続パッド８８に導電性接着剤８４を介して接着固定され、セラミックパッケージ８１の凹部を覆う蓋体８５とシームリング８２とがシーム溶接されている。セラミックパッケージ８１の貫通穴８６には金属材料の封止材８７が充填されている。この封止材８７は、減圧雰囲気内で溶融させられ、セラミックパッケージ８１内が減圧状態となるように気密に封止されている。
【００４９】
このように、振動子５は第１の実施形態または第２の実施形態の振動片がセラミックパッケージ８１に収容され、小型化が容易で特性に優れた振動子５を提供することができる。
なお、セラミックパッケージ８１内に、発振回路を含むＩＣなどの回路素子を収容して発振器として構成することも可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１…振動片、１ａ，２ａ，３ａ，４ａ…振動片ブランク、５…振動子、１１，１２，１３…振動腕、１４…連結部、１５…基部、１６ａ…振動腕の第１面、１６ｂ…振動腕の第２面、１７…斜面部、２１，２２，２３…下部電極、２７…接続部、３１，３２，３３…圧電膜、５１，５２，５３…上部電極、５７…接続部、６１，６２，６３…圧電素子、６５，６６…マウント電極、８１…セラミックパッケージ、８２…シームリング、８３…外部接続端子、８４…導電性接着剤、８５…蓋体、８６…貫通穴、８７…封止材、８８…接続パッド、１１１，１１２，１１３…振動腕、１１４…連結部、１１５…基部、１１７…斜面部、１１８…肩部、１２１，１２２，１２３…振動腕、１２４…連結部、１２５…基部、１２７，１２８…斜面部、１３１，１３２，１３３，１３４，１３５…振動腕、１３７…斜面部、１４４…連結部、１４５…基部、１６１，１６２，１６３，１６４、１６５…圧電素子、Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3，Ｃ4…中心線、ｔ1…振動腕の厚み、ｔ2…連結部の厚み、ｔ3…基部の厚み、Ｗ1，Ｗ2，Ｗ3…振動腕の腕幅、Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3，Ｄ4…隣り合う振動腕の間の距離、Ｖａ1，Ｖａ2，Ｖａ3，Ｖａ4，Ｖａ5…振動腕の体積、Ｖｂ1，Ｖｂ2，Ｖｂ3，Ｖｂ4，Ｖｂ5…連結部の体積。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動腕を有する振動片およびその振動片を収容した振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動腕を有する振動子において、振動腕が屈曲振動のように面内で振動するのではなく、振動腕の厚み方向に振動する振動片が知られている。この振動片は、一般に複数本の振動腕を有し、隣り合う振動腕が反対方向の振動を交互に繰り返す、ウォークモード振動を行う振動片である。
特に、奇数本の振動腕を使った振動片では、振動の姿態が対称ではないため、振動腕に連結される基部に振動が漏れる問題がある。
この対策として、特許文献１には３本の腕（脚）を持つ振動片において、取り付け部と腕の間に棒状の支持部を設けて、支持部がトーションバーとして機能する構造とし、振動の漏れを減少させる振動片が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１９６８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の構造では支持部を設けるために、振動片のサイズが大きくなり、振動片の小型化が困難である。
また、ウォークモード振動を利用した振動片では、全ての振動腕が同じ方向に振動してしまう同相モードの振動が生ずることがある。これは、主振動のウォークモード振動と同相モード振動の共振周波数が近いために生じており、同相モード振動を抑制した振動片が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記課題の少なくとも一部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。
【０００６】
［適用例１］本適用例にかかる振動片は、基部と、３以上の奇数本の振動腕と、該基部と該振動腕との間に位置してそれぞれを連結する連結部と、を備え、各前記振動腕が厚み方向に振動し、かつ隣り合う前記振動腕が互いに反対方向に振動する振動片であって、前記振動腕の厚みをｔ1、前記連結部の厚みをｔ2、前記基部の厚みをｔ3、としたとき、ｔ1≦ｔ2＜ｔ3、であることを特徴とする。
【０００７】
この構成の振動片は、連結部の厚みｔ2を振動腕の厚みｔ1と同等あるいは厚く形成し、基部の厚みｔ3を連結部の厚みｔ2よりも厚く形成している。
このように、振動腕の厚みより連結部、基部の厚みを厚く形成することで、振動腕の振動エネルギーを、これらの厚板化した部分で反射させて振動腕に振動エネルギーを閉じ込め、振動が基部に漏れることを防止できる。
また、振動腕の厚みと同等に形成した連結部を設けることで、振動片のスプリアスモードである同相モードの共振周波数を主振動の周波数から離すことが可能である。同相モードの共振周波数を主振動の共振周波数から離すことで、同相モードの振動が発生しにくくなる。
このように、本適用例の振動片は振動漏れおよび同相モード振動の発生を低減し、簡単な構造で振動片の小型化を可能にすることができる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例にかかる振動片において、前記振動腕の延びる方向に沿って隣り合う前記振動腕の間の距離を２等分する中心線を分割線として、前記連結部が分割されたとして、一方の端の前記振動腕から数えて、奇数本目の前記振動腕とそれに連なる分割された前記連結部の体積の総和と、偶数本目の前記振動腕とそれに連なる分割された前記連結部の体積の総和と、が等しいことが望ましい。
【０００９】
この構成の振動片によれば、奇数本目の振動腕とそれに連なる分割された連結部の体積の総和と、偶数本目の振動腕とそれに連なる分割された連結部の体積の総和と、が等しい。
この構成の振動片において、振動腕の振動に伴って連結部に歪みが生じるため、一方の方向に振動する各振動腕および連結部の体積と、他方の方向に振動する振動腕および連結部の体積とを等しくすることで振動の姿態が対称となり、振動漏れを低減することができる。
【００１０】
［適用例３］上記適用例にかかる振動片において、前記連結部の両端に、前記振動腕が並ぶ方向に張り出す肩部が形成されていることが望ましい。
【００１１】
この構成によれば、連結部の両端に、振動腕が並ぶ方向に張り出す肩部が形成されている。このような構造とすることで、隣り合う振動腕の間の距離を２等分する中心線を分割線として振動片を分割したと想定したとき、振動腕とそれに連なる連結部の形状が相似形となり、振動の対称性が高まり、振動漏れを低減することができる。
【００１２】
［適用例４］上記適用例にかかる振動片において、前記振動腕の前記連結部に近い位置に圧電素子が設けられていることが望ましい。
【００１３】
この構成によれば、圧電材料を電極で挟んだ圧電素子が振動腕の連結部に近い位置に設けられている。
圧電素子の電極に交番電圧を印加することで圧電素子が伸縮し、そして振動腕が振動する。このように、振動腕に圧電素子を設けることで振動腕を容易に駆動することができる。
【００１４】
［適用例５］上記適用例にかかる振動片において、厚みの差が生ずる前記振動腕と前記連結部との間及び前記連結部と前記基部との間の少なくともいずれか一方に斜面部が形成されていることが望ましい。
【００１５】
この構成によれば、厚みの差が生ずる振動腕と連結部との間及び連結部と基部との間の少なくともいずれか一方に斜面部が形成されている。このため厚みの差で生ずる段差部は形成されず、振動腕に備えられる電極に接続される配線がこの斜面部を通って配置でき、断線することなく確実に配線を配置することができる。
【００１６】
［適用例６］本適用例にかかる振動子は、上記に記載の振動片と、前記振動片を収納する収容器を有し、前記振動片が前記収容器内に気密に収容されていることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、上記の振動漏れが低減された振動片が収容器に収容されていることから、特性に優れ小型化された振動子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態における振動片の構成を示す概略平面図。
【図２】第１の実施形態における振動片の構成を示し、図１の裏面の概略平面図。
【図３】第１の実施形態における圧電素子の構成を示す概略断面図。
【図４】第１の実施形態における振動片の構成を示し、図１のＢ−Ｂ断線に沿う概略断面図。
【図５】第１の実施形態における振動片ブランクの構成を示す説明図。
【図６】第１の実施形態における下部電極に接続される配線の概略平面図。
【図７】第１の実施形態における下部電極に接続される裏面の配線の概略平面図。
【図８】第１の実施形態における上部電極に接続される配線の概略平面図。
【図９】第１の実施形態における上部電極に接続される裏面の配線の概略平面図。
【図１０】第１の実施形態における振動片の動作を説明する模式図。
【図１１】変形例１における振動片ブランクの構成を示す説明図。
【図１２】変形例２における振動片ブランクの構成を示す説明図。
【図１３】変形例３における振動片ブランクの構成を示す説明図。
【図１４】第２の実施形態における振動子の構成を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の寸法の割合を適宜変更している。
（第１の実施形態）
【００２０】
図１は本実施形態の振動片の構成を示す概略平面図である。図２は本実施形態の振動片の構成を示し、図１の裏面の概略平面図である。図３は圧電素子の構成を示し図１のＡ−Ａ断線に沿う概略断面図である。図４は図１のＢ−Ｂ断線に沿う概略断面図である。
図１、図２に示すように、振動片ブランク１ａに圧電素子６１，６２，６３が設けられ振動片１が形成されている。この振動片ブランク１ａは水晶またはシリコンなどの基材を用いて形成されている。振動片１は直交座標系でＸＹ平面に展開したときに、Ｚ方向を厚みとする形態である。振動片１は３本の振動腕１１，１２，１３を有し、振動腕１１，１２，１３はＸ方向に並列されると共に、Ｙ方向に互いに平行に延在している。
そして、振動腕１１，１２，１３は連結部１４に連結され、さらに連結部１４は基部１５に連結されている。また、振動腕１１，１２，１３のＺ方向に垂直な面である第１面１６ａと第２面１６ｂとが対向し、この第１面１６ａと第２面１６ｂの間の寸法が振動腕１１，１２，１３の厚みを規定する。
【００２１】
振動片ブランク１ａは図４に示すように、振動腕１１，１２，１３の厚みと連結部１４の厚みとが同等に形成され、基部１５は連結部１４より厚みが厚く形成されている。そして振動腕の第２面１６ｂ側の基部１５には、連結部１４との厚みの差による段差部を形成せずに、連結部１４側から厚みが徐々に増加する斜面部１７が形成されている。
【００２２】
各振動腕１１，１２，１３の連結部１４に近い位置にはそれぞれ圧電素子６１，６２，６３が形成されている。
振動腕１１に形成された圧電素子６１は、図３に示すように、下部電極２１、圧電膜３１、上部電極５１が積層されて形成されている。
下部電極２１は、振動腕１１の厚みを規定する対向する面のうちの第１面１６ａ上に設けられている。また、この下部電極２１は振動腕１１の幅と同等の幅で形成されている。下部電極２１の上には、下部電極２１を覆い振動腕１１の周囲を囲むように側面および第２面１６ｂにかけて圧電膜３１が形成されている。そして、圧電膜３１の上には、圧電膜３１を覆う上部電極５１が形成されている。さらに、上部電極５１に接続される配線５８が、振動腕１１を囲むように振動腕１１の側面を経て第２面１６ｂに引き出されている。
【００２３】
このようにして、圧電膜３１を挟んで下部電極２１と上部電極５１とが対向することで圧電素子６１が形成され、各電極間に正負の電圧をかけることで圧電膜３１が圧縮または伸長することが可能である。そして、圧電膜３１が圧縮または伸長することで、振動腕１１をＺ方向に変位させることができる。このように、振動腕１１に圧電素子６１を設けることで振動腕１１を容易に駆動することができる。
同様に、振動腕１２，１３に形成された圧電素子６２，６３は、下部電極２２，２３、圧電膜３２，３３、上部電極５２，５３が積層されて形成されている。さらに、上部電極５２，５３に接続される配線５８が、振動腕１２，１３を囲むように振動腕１２，１３の側面を経て第２面１６ｂに引き出されている。
【００２４】
なお、下部電極２１，２２，２３、上部電極５１，５２，５３およびこれらの電極に接続される配線２８，５８は連続して形成されているため、本実施形態の説明では下部電極２１，２２，２３および上部電極５１，５２，５３は、これらの電極が圧電膜３１，３２，３３を挟んで重なり合う部分を言い、それ以外はそれぞれの電極に接続する配線２８，５８と呼ぶ。
また、下部電極２１，２２，２３と上部電極５１，５２，５３との間にＳｉＯ2、Ｓｉ2Ｎ3などの絶縁膜を設け、下部電極２１，２２，２３と上部電極５１，５２，５３の間の電気的短絡を確実に防止しても良い。
【００２５】
次に図１、図２、図４に示すように、下部電極２１，２２，２３に接続される配線２８および上部電極５１，５２，５３に接続される配線５８は、振動片１の基部１５に引き出され、パッケージなどの基台に固定されて電気的導通が図られるマウント電極６５，６６に接続されている。このとき、振動片の第２面１６ｂ側では斜面部１７を通って配線５８が配置される。また、下部電極２２と上部電極５１，５３とを繋ぎ、圧電素子６１，６３と圧電素子６２との極性が逆になるように接続部５７が設けられている。
【００２６】
なお、下部電極および上部電極はＡｕ、Ａｌ、Ｔｉなどの金属材料を利用できる。また、下部電極および上部電極は下地との密着強度を向上させるために下地との間にＣｒ膜を備えても良い。圧電膜としては、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＰＺＴ、ＬｉＮｂＯ3、ＫＮｂＯ3などの材料を使用することができるが、特にＺｎＯ、ＡｌＮがより良好な特性が得られ好ましい。
また、振動片ブランク１ａの基材として水晶を用いる場合には、Ｘカット板、ＡＴカット板、Ｚカット板などを利用することができる。
【００２７】
＜振動片ブランクの構成＞
次に、振動片ブランクの構成について詳しく説明する。
図５は振動片ブランクの構成を示す説明図である。この図では、平面図と断面図とを用いて、それぞれの位置関係を対応して表示している。
振動片ブランク１ａは、振動腕１１，１２，１３と、連結部１４と、基部１５を備えている。そして、振動腕１１，１２，１３の厚みをｔ1、連結部１４の厚みをｔ2、基部１５の厚みをｔ3、としたときｔ1＝ｔ2、ｔ2＜ｔ3、という関係にある。
また、振動腕１１の腕幅をＷ1、振動腕１２の腕幅をＷ2、振動腕１３の腕幅をＷ3、とすると、Ｗ2＝Ｗ1＋Ｗ3、という関係に設定されている。
【００２８】
さらに、振動腕１１と振動腕１２との間の距離をＤ1、振動腕１２と振動腕１３との間の距離をＤ2、とし、振動腕１１，１２の延びる方向に沿って、これらの距離Ｄ1，Ｄ2をそれぞれ２等分する中心線Ｃ1，Ｃ2を分割線として連結部１４を分割したと想定する。
振動腕１１に連なる、中心線Ｃ1により分割された連結部１４の体積をＶｂ1、振動腕１２に連なる、中心線Ｃ1，Ｃ2により分割された連結部１４の体積をＶｂ2、振動腕１３に連なる、中心線Ｃ2により分割された連結部１４の体積をＶｂ3、とする。また、振動腕１１の体積をＶａ1、振動腕１２の体積をＶａ2、振動腕１３の体積をＶａ3、とする。このとき、（Ｖａ1＋Ｖｂ1）＋（Ｖａ3＋Ｖｂ3）＝Ｖａ2＋Ｖｂ2、なる関係に設定されている。つまり、振動腕１１から数えて奇数本目（１本目と３本目）の振動腕１１，１３とそれに連なる分割された連結部の体積の総和と、偶数本目（２本目）の振動腕１２とそれに連なる分割された連結部の体積の総和とが等しい関係にある。
【００２９】
＜下部電極および上部電極に接続される配線の構成＞
次に、上記のような振動片１の下部電極および上部電極に接続される配線について詳しく説明する。
図６は下部電極に接続される配線の概略平面図であり、図７は図６の裏面の概略平面図である。図８は上部電極に接続される配線の概略平面図であり、図９は図８の裏面の概略平面図である。
【００３０】
まず、図６に示すように、下部電極２１，２２，２３は振動腕１１，１２，１３の厚みを規定する対向する面のうちの第１面１６ａ上に設けられている。
中央に位置する振動腕１２に形成された下部電極２２からは、同一面の連結部１４に配線２８が引き出されて、接続部２７に接続されている。振動腕１２の両側に位置する振動腕１１，１３に形成された下部電極２１，２３からは、同一面の連結部１４および基部１５に配線２８が引き出されて接続され、さらにこれらの配線２８はマウント電極６６に接続されている。また、図７に示すように、他方の面（裏面）には配線は形成しなくても良い。
【００３１】
次に図８、図９に示すように、上部電極５１，５２，５３は下部電極を覆う位置に形成される。そして、上部電極５１，５２，５３に接続される配線５８が、振動腕１１，１２，１３を囲むように振動腕１１，１２，１３の側面を経て第２面１６ｂに引き出されている。
振動片の表面では、図８に示すように、振動腕１２の両側に位置する振動腕１１，１３に形成された上部電極５１，５３からは、連結部１４に配線５８が引き出されて、接続部５７に接続されている。
【００３２】
一方、振動片の裏面では、図９に示すように、中央に位置する振動腕１２に形成された上部電極５２からは、連結部１４および基部１５に配線５８が引き出されて、斜面部１７を通ってマウント電極６６に接続されている。このマウント電極６６は基部１５の側面に形成された配線により振動片の表面に引き回されて、表裏にマウント電極６６が設けられている。
また、振動腕１１に形成された上部電極５１からは、連結部１４および基部１５に配線５８が引き出されて、斜面部１７を通ってマウント電極６５に接続されている。このマウント電極６５は基部１５の側面に形成された配線により振動片の表面に引き回されて、表裏にマウント電極６５が設けられている。
このように、斜面部１７を通って配線５８を配置でき、段差部がないので配線５８が断線することがない。
【００３３】
このような、下部電極２１，２２，２３に接続される配線２８および上部電極５１，５２，５３に接続される配線５８が構成され、下部電極側の接続部２７と上部電極側の接続部５７が接続され、下部電極２２と上部電極５１，５３が接続される。さらに、上部電極５１を通って上部電極側のマウント電極６５に接続される。このようにして、下部電極２２と上部電極５１，５３がマウント電極６５に接続された配線となる。
また、下部電極側のマウント電極６６と上部電極側のマウント電極６６とが接続され、下部電極２１，２３と上部電極５２が接続される。このようにして、下部電極２１，２３と上部電極５２がマウント電極６６に接続された配線となる。
【００３４】
図１０は、第１の実施形態における振動片の動作を説明する模式図である。
上記のような構成の振動片１は、各圧電素子（図示せず）に電圧を加えることで振動腕はＺ方向に変位する。そして、振動腕１１と振動腕１３は同じ極性の圧電素子が設けられていることから、中央の振動腕１２とその両脇の振動腕１１，１３は逆方向に振動し、交番電圧を加えることで隣り合う振動腕が反対方向の振動を交互に繰り返す振動（ウォークモード振動）を行う。
【００３５】
以上、本実施形態の振動片１は、連結部１４の厚みｔ2を振動腕１１，１２，１３の厚みｔ1と同等に形成し、基部１５の厚みｔ3を連結部１４の厚みｔ2よりも厚く形成している。
このように、振動腕１１，１２，１３の厚みｔ1より基部１５の厚みｔ3を厚く形成することで、これらの厚板化した部分で振動エネルギーを反射させて振動エネルギーを振動腕１１，１２，１３に閉じ込め、振動が基部１５に漏れることを防止できる。
さらに、振動腕１１，１２，１３の厚みｔ1と同等に形成した連結部１４を設けることで、振動片１のスプリアスモードである同相モードの共振周波数が低下し、主振動の共振周波数から離すことが可能である。同相モードの共振周波数を主振動の共振周波数から離すことで、同相モードの振動が発生しにくくなる。
このように、本実施形態の振動片１は、振動漏れおよび同相モード振動の発生を低減し簡単な構造で振動片１の小型化が可能である。
【００３６】
また、本実施形態の振動片１は、奇数本目の振動腕１１，１３とそれに連なる分割された連結部の体積の総和と、偶数本目の振動腕１２とそれに連なる分割された連結部の体積の総和と、が等しい。
この構成の振動片１において、振動腕１１，１２，１３の振動に伴って連結部１４に歪みが生じるため、一方の方向に振動する各振動腕および連結部の体積と、他方の方向に振動する振動腕および連結部の体積とを等しくすることで、振動の姿態が対称となり、振動漏れを低減することができる。
（変形例１）
【００３７】
次に、第１の実施形態の変形例について説明する。以下の変形例では、振動片ブランクの形状が第１の実施形態と異なる。
図１１は変形例１における振動片ブランクの構成を示す説明図である。この図では、平面図と断面図とを用いて、それぞれの位置関係を対応して表示している。
振動片ブランク２ａは、振動腕１１１，１１２，１１３と、連結部１１４と、基部１１５を備えている。そして、振動腕１１１，１１２，１１３の厚みをｔ1、連結部１１４の厚みをｔ2、基部１１５の厚みをｔ3、としたときｔ1＝ｔ2、ｔ2＜ｔ3、という関係にある。基部１１５には、連結部１１４から厚みが増加する斜面部１１７が設けられ、厚みの差による段差を解消している。
また、振動腕１１１の腕幅をＷ11、振動腕１１２の腕幅をＷ12、振動腕１１３の腕幅をＷ13、とすると、Ｗ12＞Ｗ11＋Ｗ13、という関係に設定されている。
連結部１１４の両端には、振動腕１１１，１１２，１１３の並ぶ方向に張り出す肩部１１８が設けられている。
【００３８】
さらに、振動腕１１１と振動腕１１２との間の距離をＤ1、振動腕１１２と振動腕１１３との間の距離をＤ2、とし、振動腕１１１，１１２，１１３の延びる方向に沿って、これらの距離Ｄ1，Ｄ2をそれぞれ２等分する中心線Ｃ1，Ｃ2を分割線として連結部１１４を分割したと想定する。
振動腕１１１に連なり、中心線Ｃ1により分割された連結部１１４の体積をＶｂ1、振動腕１１２に連なり、中心線Ｃ1，Ｃ2により分割された連結部１１４の体積をＶｂ2、振動腕１１３に連なり、中心線Ｃ2により分割された連結部１１４の体積をＶｂ3、とする。また、振動腕１１１の体積をＶａ1、振動腕１１２の体積をＶａ2、振動腕１１３の体積をＶａ3、とする。このとき、（Ｖａ1＋Ｖｂ1）＋（Ｖａ3＋Ｖｂ3）＝Ｖａ2＋Ｖｂ2、なる関係に設定されている。つまり、振動腕１１１から数えて奇数本目（１本目と３本目）の振動腕１１１，１１３とそれに連なる分割された連結部の体積の総和と、偶数本目（２本目）の振動腕１１２とそれに連なる分割された連結部の体積の総和とが等しい関係にある。
【００３９】
そして、振動腕１１１，１１２，１１３の連結部１１４に近い位置に圧電素子１６１，１６２，１６３を設けて必要な配線（図示せず）を配置することで、振動片を得ることができる。
この変形例１のように、振動片ブランク２ａにおける連結部１１４の両端に、振動腕１１１，１１２，１１３の並ぶ方向に張り出す肩部１１８を設けても良い。
この構成によれば、隣り合う振動腕の間の距離を２等分する中心線Ｃ1，Ｃ2を分割線として振動片を分割したと想定したとき、振動腕とそれに連なる連結部の形状が相似形となり、振動の対称性が高まり、振動漏れを低減することができる。
（変形例２）
【００４０】
図１２は変形例２における振動片ブランクの構成を示す説明図である。この図では、平面図と断面図とを用いて、それぞれの位置関係を対応して表示している。
振動片ブランク３ａは、振動腕１２１，１２２，１２３と、連結部１２４と、基部１２５を備えている。そして、振動腕１２１，１２２，１２３の厚みをｔ1、連結部１２４の厚みをｔ2、基部１２５の厚みをｔ3、としたときｔ1＜ｔ2＜ｔ3、という関係にある。
連結部１２４には、振動腕１２１，１２２，１２３から厚みが増加する斜面部１２８が設けられ、厚みの差による段差を解消している。同様に、基部１２５には、連結部１２４から厚みが増加する斜面部１２７が設けられ、厚みの差による段差を解消している。
また、振動腕１２１の腕幅をＷ21、振動腕１２２の腕幅をＷ22、振動腕１２３の腕幅をＷ23、とすると、Ｗ22＝Ｗ21＋Ｗ23、という関係に設定されている。
【００４１】
さらに、振動腕１２１と振動腕１２２との間の距離をＤ1、振動腕１２２と振動腕１２３との間の距離をＤ2、とし、振動腕１２１，１２２，１２３の延びる方向に沿って、これらの距離Ｄ1，Ｄ2をそれぞれ２等分する中心線Ｃ1，Ｃ2を分割線として連結部１２４を分割したと想定する。
振動腕１２１に連なる、中心線Ｃ1により分割された連結部１２４の体積をＶｂ1、振動腕１２２に連なる、中心線Ｃ1，Ｃ2により分割された連結部１２４の体積をＶｂ2、振動腕１２３に連なる、中心線Ｃ2により分割された連結部１２４の体積をＶｂ3、とする。また、振動腕１２１の体積をＶａ1、振動腕１２２の体積をＶａ2、振動腕１２３の体積をＶａ3、とする。このとき、（Ｖａ1＋Ｖｂ1）＋（Ｖａ3＋Ｖｂ3）＝Ｖａ2＋Ｖｂ2、なる関係に設定されている。つまり、振動腕１２１から数えて奇数本目（１本目と３本目）の振動腕１２１，１２３とそれに連なる分割された連結部の体積の総和と、偶数本目（２本目）の振動腕１２２とそれに連なる分割された連結部の体積の総和とが等しい関係にある。
【００４２】
そして、振動腕１２１，１２２，１２３の連結部１２４に近い位置に圧電素子１６１，１６２，１６３を設けて必要な配線（図示せず）を配置することで、振動片を得ることができる。
この変形例２のように、連結部１２４の厚みｔ2を振動腕１２１，１２２，１２３の厚みｔ1よりも厚く形成し、基部１２５の厚みｔ3を連結部１２４の厚みｔ2よりも厚く形成しても良い。
このように、振動腕１２１，１２２，１２３よりも厚板化した連結部１２４および基部１２５で振動エネルギーを反射させて振動エネルギーを振動腕１２１，１２２，１２３に閉じ込め、振動が基部１２５に漏れることを防止できる。
（変形例３）
【００４３】
図１３は変形例３における振動片ブランクの構成を示す説明図である。この図では、平面図と断面図とを用いて、それぞれの位置関係を対応して表示している。
振動片ブランク４ａは、５本の振動腕１３１〜１３５と、連結部１４４と、基部１４５を備えている。そして、振動腕１３１〜１３５の厚みをｔ1、連結部１４４の厚みをｔ2、基部１４５の厚みをｔ3、としたときｔ1＝ｔ2、ｔ2＜ｔ3、という関係にある。基部１４５には、連結部１４４から厚みが増加する斜面部１３７が設けられ、厚みの差による段差を解消している。
また、振動腕１３１の腕幅をＷ31、振動腕１３２の腕幅をＷ32、振動腕１３３の腕幅をＷ33、振動腕１３４の腕幅をＷ34、振動腕１３５の腕幅をＷ35、とすると、Ｗ31＋Ｗ33＋Ｗ35＝Ｗ32＋Ｗ34、という関係に設定されている。
【００４４】
さらに、振動腕１３１と振動腕１３２との間の距離をＤ1、振動腕１３２と振動腕１３３との間の距離をＤ2、振動腕１３３と振動腕１３４との間の距離をＤ3、振動腕１３４と振動腕１３５との間の距離をＤ4、とし、振動腕１３１〜１３５の延びる方向に沿って、これらの距離Ｄ1〜Ｄ4をそれぞれ２等分する中心線Ｃ1〜Ｃ4を分割線として連結部１４４を分割したと想定する。
振動腕１３１に連なる、中心線Ｃ1により分割された連結部１４４の体積をＶｂ1、振動腕１３２に連なる、中心線Ｃ1，Ｃ2により分割された連結部１４４の体積をＶｂ2、振動腕１３３に連なる、中心線Ｃ2，Ｃ3により分割された連結部１４４の体積をＶｂ3、振動腕１３４に連なる、中心線Ｃ3，Ｃ4により分割された連結部１４４の体積をＶｂ4、振動腕１３５に連なる、中心線Ｃ4により分割された連結部１４４の体積をＶｂ5、とする。
また、振動腕１３１の体積をＶａ1、振動腕１３２の体積をＶａ2、振動腕１３３の体積をＶａ3、振動腕１３４の体積をＶａ4、振動腕１３５の体積をＶａ5、とする。このとき、（Ｖａ1＋Ｖｂ1）＋（Ｖａ3＋Ｖｂ3）＋（Ｖａ5＋Ｖｂ5）＝（Ｖａ2＋Ｖｂ2）＋（Ｖａ4＋Ｖｂ4）、なる関係に設定されている。つまり、振動腕１３１から数えて奇数本目（１本目、３本目、５本目）の振動腕１３１，１３３，１３５とそれに連なる分割された連結部の体積の総和と、偶数本目（２本目、４本目）の振動腕１３２，１３４とそれに連なる分割された連結部の体積の総和とが等しい関係にある。
【００４５】
そして、振動腕１３１〜１３５の連結部１４４に近い位置に圧電素子１６１〜１６５を設けて必要な配線（図示せず）を配置することで、振動片を得ることができる。
このように、振動腕の本数は３以上の奇数本であれば良く、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
なお、上記の実施形態および変形例では奇数本目の振動腕とそれに連なる分割された連結部の体積の総和と、偶数本目の振動腕とそれに連なる分割された連結部の体積の総和とが等しい関係にあるとしたが、それぞれの体積を質量と言い換えても同じである。
さらに、振動腕および連結部に形成される圧電素子、配線の質量を加味して、奇数本目の振動腕とそれに連なる分割された連結部の質量の総和と、偶数本目の振動腕とそれに連なる分割された連結部の質量の総和とが等しいとすれば、さらに振動の姿態が対称となる特性の良好な振動片を得ることができる。
（第２の実施形態）
【００４７】
次に、第２の実施形態として、上記で説明した振動片を備えた振動子について説明する。
図１４は振動子の構成を示し、図１４（ａ）は概略平面図、図１４（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ断線に沿う概略断面図である。
振動子５は、振動片１と、収容器としてのセラミックパッケージ８１と、蓋体８５を備えている。
セラミックパッケージ８１は、振動片１を収納できるように凹部が形成され、その凹部には振動片１のマウント電極と接続される接続パッド８８が設けられている。接続パッド８８はセラミックパッケージ８１内の配線に接続され、セラミックパッケージ８１の外周部に設けられた外部接続端子８３と導通可能に構成されている。
また、セラミックパッケージ８１の凹部の周囲にはシームリング８２が設けられている。さらに、セラミックパッケージ８１の底部には貫通穴８６が設けられている。
【００４８】
振動片１は、セラミックパッケージ８１の接続パッド８８に導電性接着剤８４を介して接着固定され、セラミックパッケージ８１の凹部を覆う蓋体８５とシームリング８２とがシーム溶接されている。セラミックパッケージ８１の貫通穴８６には金属材料の封止材８７が充填されている。この封止材８７は、減圧雰囲気内で溶融させられ、セラミックパッケージ８１内が減圧状態となるように気密に封止されている。
【００４９】
このように、振動子５は第１の実施形態または第２の実施形態の振動片がセラミックパッケージ８１に収容され、小型化が容易で特性に優れた振動子５を提供することができる。
なお、セラミックパッケージ８１内に、発振回路を含むＩＣなどの回路素子を収容して発振器として構成することも可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１…振動片、１ａ，２ａ，３ａ，４ａ…振動片ブランク、５…振動子、１１，１２，１３…振動腕、１４…連結部、１５…基部、１６ａ…振動腕の第１面、１６ｂ…振動腕の第２面、１７…斜面部、２１，２２，２３…下部電極、２７…接続部、３１，３２，３３…圧電膜、５１，５２，５３…上部電極、５７…接続部、６１，６２，６３…圧電素子、６５，６６…マウント電極、８１…セラミックパッケージ、８２…シームリング、８３…外部接続端子、８４…導電性接着剤、８５…蓋体、８６…貫通穴、８７…封止材、８８…接続パッド、１１１，１１２，１１３…振動腕、１１４…連結部、１１５…基部、１１７…斜面部、１１８…肩部、１２１，１２２，１２３…振動腕、１２４…連結部、１２５…基部、１２７，１２８…斜面部、１３１，１３２，１３３，１３４，１３５…振動腕、１３７…斜面部、１４４…連結部、１４５…基部、１６１，１６２，１６３，１６４、１６５…圧電素子、Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3，Ｃ4…中心線、ｔ1…振動腕の厚み、ｔ2…連結部の厚み、ｔ3…基部の厚み、Ｗ1，Ｗ2，Ｗ3…振動腕の腕幅、Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3，Ｄ4…隣り合う振動腕の間の距離、Ｖａ1，Ｖａ2，Ｖａ3，Ｖａ4，Ｖａ5…振動腕の体積、Ｖｂ1，Ｖｂ2，Ｖｂ3，Ｖｂ4，Ｖｂ5…連結部の体積。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、３以上の奇数本の振動腕と、該基部と該振動腕との間に位置してそれぞれを連結する連結部と、を備え、各前記振動腕が厚み方向に振動し、かつ隣り合う前記振動腕が互いに反対方向に振動する振動片であって、
前記振動腕の厚みをｔ1、前記連結部の厚みをｔ2、前記基部の厚みをｔ3、としたとき、ｔ1≦ｔ2＜ｔ3、であることを特徴とする振動片。
【請求項２】
請求項１に記載の振動片において、
前記振動腕の延びる方向に沿って隣り合う前記振動腕の間の距離を２等分する中心線を分割線として、前記連結部が分割されたとして、
一方の端の前記振動腕から数えて、奇数本目の前記振動腕とそれに連なる分割された前記連結部の体積の総和と、偶数本目の前記振動腕とそれに連なる分割された前記連結部の体積の総和と、が等しいことを特徴とする振動片。
【請求項３】
請求項２に記載の振動片において、
前記連結部の両端に、前記振動腕が並ぶ方向に張り出す肩部が形成されていることを特徴とする振動片。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の振動片において、
前記振動腕の前記連結部に近い位置に圧電素子が設けられていることを特徴とする振動片。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の振動片において、
厚みの差が生ずる前記振動腕と前記連結部との間及び前記連結部と前記基部との間の少なくともいずれか一方に斜面部が形成されていることを特徴とする振動片。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の振動片と、前記振動片を収納する収容器を有し、
前記振動片が前記収容器内に気密に収容されていることを特徴とする振動子。
【請求項１】
基部と、３以上の奇数本の振動腕と、該基部と該振動腕との間に位置してそれぞれを連結する連結部と、を備え、各前記振動腕が厚み方向に振動し、かつ隣り合う前記振動腕が互いに反対方向に振動する振動片であって、
前記振動腕の厚みをｔ1、前記連結部の厚みをｔ2、前記基部の厚みをｔ3、としたとき、ｔ1≦ｔ2＜ｔ3、であることを特徴とする振動片。
【請求項２】
請求項１に記載の振動片において、
前記振動腕の延びる方向に沿って隣り合う前記振動腕の間の距離を２等分する中心線を分割線として、前記連結部が分割されたとして、
一方の端の前記振動腕から数えて、奇数本目の前記振動腕とそれに連なる分割された前記連結部の体積の総和と、偶数本目の前記振動腕とそれに連なる分割された前記連結部の体積の総和と、が等しいことを特徴とする振動片。
【請求項３】
請求項２に記載の振動片において、
前記連結部の両端に、前記振動腕が並ぶ方向に張り出す肩部が形成されていることを特徴とする振動片。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の振動片において、
前記振動腕の前記連結部に近い位置に圧電素子が設けられていることを特徴とする振動片。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の振動片において、
厚みの差が生ずる前記振動腕と前記連結部との間及び前記連結部と前記基部との間の少なくともいずれか一方に斜面部が形成されていることを特徴とする振動片。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の振動片と、前記振動片を収納する収容器を有し、
前記振動片が前記収容器内に気密に収容されていることを特徴とする振動子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−１９３３３１（Ｐ２０１０−１９３３３１Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３７３８７（Ｐ２００９−３７３８７）
【出願日】平成２１年２月２０日（２００９．２．２０）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２０日（２００９．２．２０）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]