圧電デバイス
【課題】１つのパッケージ内に２つの周波数の異なる音叉型振動素子を実装し、且つ相互間の干渉を抑圧した圧電デバイスを得る。
【解決手段】収容凹所を有したパッケージ本体、及び該パッケージ本体の収容凹所を閉止する蓋部材を有したパッケージと、該パッケージ本体の内底面上に並行な姿勢にて近接配置され且つ夫々片持ち支持される少なくとも２個の音叉型振動素子と、を備えた圧電デバイスにおいて、前記パッケージ本体の内底面に２つの傾斜面から成る山形の凸部を設け、両傾斜面上に夫々前記音叉型振動素子を搭載し、前記各音叉型振動素子は、夫々の固定端部が逆方向を向くように互い違いに配置するように圧電デバイスを構成する。
【解決手段】収容凹所を有したパッケージ本体、及び該パッケージ本体の収容凹所を閉止する蓋部材を有したパッケージと、該パッケージ本体の内底面上に並行な姿勢にて近接配置され且つ夫々片持ち支持される少なくとも２個の音叉型振動素子と、を備えた圧電デバイスにおいて、前記パッケージ本体の内底面に２つの傾斜面から成る山形の凸部を設け、両傾斜面上に夫々前記音叉型振動素子を搭載し、前記各音叉型振動素子は、夫々の固定端部が逆方向を向くように互い違いに配置するように圧電デバイスを構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電デバイスに関し、特に１つのパッケージに周波数の異なる複数の圧電振動素子を実装し、且つ互いの干渉を抑圧するようにした圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電振動子は小型、堅牢で、高精度な周波数が容易に得られるため、携帯電話等の移動体通信機、電波時計、ＩＣカード等の民生用機器の基準周波数源として広く用いられている。特許文献１には、図７の平面図に示すように、１つのパッケージに周波数の異なる２つの水晶振動素子を収容した水晶振動子ユニット７０が開示されている。水晶振動子ユニット７０は、セラミック等の絶縁物質で焼成した矩形のパッケージ８０の内底部（対向する２つの角隅部）に固定部８１、８１を形成し、各固定部８１、８１に周波数の異なる２つの水晶振動素子９０、９２の基部９１、９３を固着して構成される。固定部８１は、水晶振動素子９０、９２の支持と、水晶振動素子９０、９２と外部端子電極との導通を兼ね、パッケージ８０の対角位置の隅に設けられている。図７の例では、音叉型振動素子９０、９２を互い違いに配置し、振動ビームが平行するように固着されている。
【０００３】
また、特許文献２には、図８の平面図に示すような圧電振動子１００が開示されている。圧電振動子１００は、２つの音叉型圧電振動片１２０、１２１と、該音叉型圧電振動片１２０、１２１を内部に実装するパッケージ１１０と、を備えている。パッケージ１１０は、音叉型圧電振動片１２０、１２１を内部に実装するための箱状体であるベース１１１と、リッド（図示せず）から構成される。ベース１１１は、セラミック等の絶縁素材からなる複数の基板を積層して箱状体とし、これを焼成して構成する。リッドにガラス等の透光性素材を用いると、封止後にレーザを用いて音叉型圧電振動片１２０、１２１の周波数を所望の値に微調整することができる。
【０００４】
ベース１１１には、音叉型圧電振動片１２０、１２１を実装する実装空間が隔壁１１２を設けることにより形成されている。隔壁１１２を設けて音叉型圧電振動片１２０、１２１の実装空間を分割することにより、発振周波数の異なる音叉型圧電振動片１２０と、音叉型圧電振動片１２１との間に、位相のズレ等によって生じる振動や位相雑音等を遮断することができ、これらの影響による相互干渉を抑制できると開示されている。また、隔壁１１２の端部には夫々の分割空間を連通する連通部１１３が設けられ、ベース１１１の底部には貫通する封止孔１１４が形成されている。連通部１１３及び封止孔１１４はパッケージ１１０内を真空封止するためのものである。
【特許文献１】特開平２−２０７６１０号公報
【特許文献２】特開２００５−３１８４４７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されているように、１つのパッケージ内に周波数の異なる２つの音叉型水晶振動素子を実装すると、音叉型水晶振動素子間に干渉が生じ、相互の共振周波数が共鳴する等の問題があった。また、特許文献２に記載されているように、実装空間を区分するための隔壁を設けたパッケージを用い、分割された実装空間夫々に周波数の異なる２つの音叉型水晶振動素子を実装して圧電デバイスを構成した場合には、２つ音叉型水晶振動素子間の干渉が完全には抑圧されないという問題があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、２つの音叉型水晶振動素子間の相互干渉を実用問題ない程度に低減した圧電デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、１つのパッケージに２つの音叉型水晶振動素子を実装した圧電デバイスにおける音叉型水晶振動素子間の相互干渉を大幅に低減するため、収容凹所を有したパッケージ本体、及び該パッケージ本体の収容凹所を閉止する蓋部材を有したパッケージと、該パッケージ本体の内底面上に並行な姿勢にて近接配置され且つ夫々片持ち支持される少なくとも２個の音叉型振動素子と、を備えた圧電デバイスにおいて、前記パッケージ本体の内底面に２つの傾斜面から成る山形の凸部を設け、両傾斜面上に夫々前記音叉型振動素子を搭載し、前記各音叉型振動素子は、夫々の固定端部が逆方向を向くように互い違いに配置して圧電デバイスを構成する。
以上のように圧電デバイスを構成すると、一方の音叉型振動素子の固定端部から漏洩した振動エネルギは、山形の凸部の斜面で反射し、他方の音叉型振動素子の固定端部に到達する振動エネルギは大幅に低減される。そのため、２つの音叉型振動素子間の相互の干渉は大幅に低減されるという効果がある。
【０００７】
前記山形の凸部の頂部に小突起、或いは凹所を備えた圧電デバイスを構成する。
このように圧電デバイスを構成すると、一方の音叉型振動素子の固定端部から漏洩した振動エネルギは、山形凸部の小突起、あるいは凹所斜で乱反射し、他方の音叉型振動素子の固定端部に到達する振動エネルギは大幅に低減される。そのため、２つの音叉型振動素子間相互の干渉は大幅に低減されるという効果がある。
【０００８】
収容凹所を有したパッケージ本体、及び該パッケージ本体の収容凹所を閉止する蓋部材を有したパッケージと、該パッケージ本体の内底面上に並行な姿勢にて近接配置され且つ夫々片持ち支持される少なくとも２個の音叉型振動素子と、を備えた圧電デバイスにおいて、前記パッケージ本体の内底面には、段差部と、該段差部の両側に配置された２つの支持面を有し、両支持面上に夫々前記音叉型振動素子を搭載し、前記各音叉型振動素子は、夫々の固定端部が逆方向を向くように互い違いに配置した圧電デバイスを構成する。
以上のように圧電デバイスを構成すると、一方の音叉型振動素子の固定端部から漏洩した振動エネルギは、段差部で反射し、他方の音叉型振動素子の固定端部に到達する振動エネルギは大幅に低減される。そのため、２つの音叉型振動素子間相互の干渉は大幅に低減されるという効果がある。
【０００９】
前記２つの支持面は、高さ位置が異なった圧電デバイスを構成する。
以上のように圧電デバイスを構成することにより、段差部における振動エネルギの反射が確実となり、２つの音叉型振動素子間相互の干渉は大幅に低減されるという効果がある。
【００１０】
前記２つの支持面は、一方の支持面に対し他方の支持面が、音叉型振動素子の短辺方向に傾斜した圧電デバイスを構成する。
以上のように圧電デバイスを構成することにより、一方の音叉型振動素子の固定端部から漏洩した振動エネルギは、段差部で大半が反射し、他方の音叉型振動素子の固定端部に到達する振動エネルギが低減すると共に、音叉型振動素子の振動方向が互いに異なっているため、ピックアップ効率も下がり、２つの音叉型振動素子間相互の干渉は大幅に低減されるという効果がある。
【００１１】
収容凹所を有したパッケージ本体、及び該パッケージ本体の収容凹所を閉止する蓋部材を有したパッケージと、該パッケージ本体の内底面上に並行な姿勢にて近接配置され且つ夫々片持ち支持される少なくとも２個の音叉型振動素子と、を備えた圧電デバイスにおいて、前記パッケージ本体の内底面に、溝を設け、該溝の両側に配置された２つの支持面を有し、両支持面上に夫々前記音叉型振動素子を搭載し、前記各音叉型振動素子は、夫々の固定端部が逆方向を向くように互い違いに配置した圧電デバイスを構成する。
このように圧電デバイスを構成することにより、一方の音叉型振動素子の固定端部から漏洩した振動エネルギは、溝で反射し、他方の音叉型振動素子の固定端部に到達する振動エネルギは低減する。そのため、２つの音叉型振動素子間相互の干渉は大幅に低減されるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る圧電デバイス１の要部構成を示す斜視図、同図（ｂ）は、Ａ−Ａにおける断面図である。
圧電デバイス１は、上面に収容凹所を有したパッケージ本体１０、及びパッケージ本体１０の収容凹所を閉止する蓋部材４０を有したパッケージと、片持ち支持される少なくとも２個の音叉型振動素子２０、２２と、を備えている。パッケージ本体１０の内底面に２つの傾斜面１０ｃから成る山形の凸部１０ｂを設け、凸部１０ｂの両傾斜面上に設けた電極部（図示せず）に導電性接着剤３０を塗布し、導電性接着剤３０の上に夫々音叉型振動素子２０、２２の固定端部２１、２３を搭載する。音叉型振動素子２０、２２は、夫々の固定端部２１、２３が逆方向を向くように互い違いに配置されている。なお、両傾斜面１０ｃ上に設けた電極部とパッケージ本体１０の底面に設けた表面実装用の外部端子電極１０ｄとは図示しない導体を介して導通されている。
【００１３】
パッケージ本体１０は、セラミック等の絶縁素材の基板を複数層積層して箱状積層体とし、この積層体を焼成して形成する。このとき、側壁上部１０ａのメタライズ部、前記電極部、外部端子電極１０ｄ及び内部配線等も同時に形成される。また、音叉型振動素子２０、２２は、周知のように、水晶ウェハをフォトリソグラフィ技法とエッチング手法を用いて、音叉状片が格子状に配列した水晶基板を形成し、該水晶基板に蒸着装置の真空中で所要の電極を形成した後、前記水晶基板を分割して個別の音叉型振動素子を得る。パッケージ本体１０の山形の凸部１０ｂの傾斜面１０ｃ上に形成した電極部に導電性接着剤３０を塗布し、該導電性接着剤３０に音叉型振動素子２０、２２を搭載し、導電性接着剤３０を乾燥、硬化させた後、パッケージ本体１０の側壁上部１０ａに形成したメタライズ部に、パッケージの金属蓋を、抵抗溶接機を用い、真空中で溶接して圧電デバイスを構成する。
また、パッケージにガラス材を用いる場合、パッケージ本体１０の側壁１０ａ上に低融点ガラス等の枠材を配置し、この上にガラス材の蓋部材４０を載置し、枠材を炉内で溶融させて密封封止を行う方法等、種々の封止方法が実施されている。パッケージにガラス材を用いると、密封封止後に音叉型振動素子の周波数をレーザを用いて微調整できるという利点がある。
【００１４】
音叉型水晶振動素子のような屈曲振動系の振動素子は、振動変位が周縁部で零となるＡＴカット水晶振動素子（厚み滑りモード）と異なり、周縁部における振動変位が減衰しない。そこで、屈曲振動系振動素子の支持は振動変位が零となるノーダルポイントを支持する。ノーダルポイントは、厳密には１点であるが、実際に屈曲振動系振動素子を支持するには、ある程度の大きさが必要であり、振動エネルギはこの支持部より漏洩し易い。従来、パッケージ本体に２つの音叉型水晶振動素子を配置した複合振動子が実用化されているが、２つの音叉型水晶振動素子間に相互干渉が生じることが報告されている。この理由として、一方の音叉型水晶振動素子の固定端部から漏洩した振動エネルギが、パッケージ本体を伝搬し、他方の音叉型水晶振動素子の固定端部に達し、相互干渉を起こすものと考えられる。そして、例えば伝達した振動エネルギの位相と被伝達側の音叉型水晶振動子の振動の位相とが一致しないことなどにより音叉型水晶振動子の振動を妨害が起こりノイズ信号を発生等のトラブルが起きる。通常、音叉型水晶振動素子はＱ値を高めるため内部を真空として用いるので、パッケージ内の気体を媒体とした音叉型水晶振動素子間の相互干渉は考えられない。
【００１５】
一方の音叉型水晶振動素子から漏洩した振動エネルギが、他方の音叉型水晶振動素子に到達するまでに振動エネルギを減衰できれば、音叉型水晶振動素子間の相互干渉を低減することができる。１つには、振動エネルギの伝搬距離を長くして減衰させる方法がある。これには、２つの音叉型水晶振動素子の固定端部間を遠ざけることである。そこで、固定端部が逆方向を向くように互い違いに配置して、伝搬距離を長くするように圧電デバイスを構成したが、完全には干渉は抑制できなかった。漏洩振動エネルギをより減衰させるには、パッケージ本体１０の内定部に図１に示すように、２つの傾斜面１０ｃから成る山形の凸部１０ｂを設け、両傾斜面の支持面に夫々音叉型振動素子２０、２１を搭載する。一方の音叉型振動素子から漏洩した振動エネルギは、他方の音叉型振動素子へ向かい傾斜面１０ｃの表面を伝搬した後、山形の凸部１０ｂの斜面で反射される。従って、他方の音叉型振動素子の固定端部に達する振動エネルギは大幅に減少し、相互干渉は低減される。また、音叉型振動素子２０、２１の夫々の音叉の振動方向は、夫々の斜面に平行であり、一方の音叉型振動素子の漏洩エネルギを他方の音叉型振動素子の固定端部でピックアップする際にロスが生じ、相互干渉が低減される。
尚、反射された振動エネルギが漏洩元の音叉型振動素子２０、２２への伝達を防止する必要がある場合には、反射した振動エネルギを凸部１０ｂの内部へ伝搬させればよい。
そして、凸部１０ｂの内部への伝搬を実現する為には２つの傾斜面１０ｃのなす角を鈍角（９０°より大きい角度）にすることが好ましい。
【００１６】
図２は、第２の実施の形態の圧電デバイス２の断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付して説明する。この圧電デバイス２が図１に示した圧電デバイス１と異なる点は、山形の凸部１０ｂの頂部に小突起１０ｅを設けた点である。上述した山形の凸部１０ｂの効果に加え、小突起１０ｃを形成することにより、一方の音叉型振動素子の固定端部から漏洩する振動エネルギは、小突起１０ｅにより乱反射され、他方の音叉型振動素子の固定端部に到達する振動エネルギは低減される。即ち、圧電デバイス１０と比較して圧電デバイス２は、小突起１０ｅを設けたこととで反射部となる角部を４箇所に増やした構造である。その為、他方の音叉型振動素子への漏れ振動エネルギの伝達をより積極的に阻止することができるので２つの音叉型振動素子２０、２２の相互干渉を小さく抑えることができる。
【００１７】
図３は、第３の実施の形態の圧電デバイス３の断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付して説明する。この圧電デバイス３が図１に示した圧電デバイス１と異なる点は、山形の凸部１０ｂの頂部に凹所１０ｆを設けた点である。上述した山形の凸部１０ｂの効果に加え、凹所１０ｆを形成することにより、一方の音叉型振動素子の固定端部から漏洩する振動エネルギは、凹所１０ｆにより乱反射され、他方の音叉型振動素子の固定端部に到達する振動エネルギは低減される。更に、圧電デバイス３は、凸部１０ｂの頂点を切り欠いた構成であるので、圧電デバイス１と比較して低背化に優れる。
【００１８】
図４（ａ）は、第４の実施の形態の圧電デバイス４の斜視図、同図（ｂ）は、Ｂ−Ｂにおける断面図である。圧電デバイス４は、収容凹所を有したパッケージ本体１３、及び該パッケージ本体１３の収容凹所を閉止する図示しない蓋部材を有したパッケージと、片持ち支持される少なくとも２個の音叉型振動素子２０、２２と、を備えている。パッケージ本体１３の内底面には、絶壁状の段差部１３ｅと、段差部１３ｅの両側に高さを異ならせて配置された２つの支持面１３ｂ、１３ｃがある。高さ位置が異なる両支持面１３ｂ、１３ｃ上に形成された電極部（図示せず）に導電性接着剤３０を塗布し、導電性接着剤３０に夫々音叉型振動素子２０、２２を搭載する。音叉型振動素子２０、２２は、夫々の固定端部２１、２３が逆方向を向くように並行且つ互い違いに配置する。図４の例では、図示しない金属蓋のパッケージによる収容凹所を閉止するために、パッケージ本体１３の側壁１３ａ上にメタライズ部１３ｆを設けた例を示したが、ガラス材のパッケージを用いる場合は、メタライズ部１３ｆは不要である。
【００１９】
図４（ｂ）の断面図から明らかなように、音叉型振動素子２０の固定端部２１から漏洩した振動エネルギの振動方向は、支持面１３ｃに平行となり、この振動エネルギは段差部１３ｅで反射・減衰され、僅かに図中右方へ伝搬するものもある。音叉型振動素子２２からの漏洩振動エネルギについても同様であり、振動エネルギは段差部１３ｅで反射・減衰され、僅かに図中左方へ伝搬する。このように段差部１３ｅを設けることにより一方の音叉型振動素子から漏洩した振動エネルギが、他方の音叉型振動素子に伝達し、該音叉型振動素子によってピックアップされる振動エネルギの量は極めて少ない。そのため、音叉型振動素子２０、２２間の相互干渉は大幅に抑圧されることになる。
【００２０】
図５は、第５の実施の形態の圧電デバイス５の縦断面図である。図４に示した第４の圧電デバイス４との相違点は、一方の支持面１４ｃが他方の支持面１４ｂに対し、傾斜している（非平行な面である）点である。第５の圧電デバイス５においても音叉型振動素子２０、２２相互間の干渉を低減することができる。
【００２１】
図６は、第６の実施の形態の圧電デバイス６の斜視図、同図（ｂ）は、Ｃ−Ｃにおける断面図である。圧電デバイス６は、収容凹所を有したパッケージ本体１５、及び該パッケージ本体１５の収容凹所を閉止する図示しない蓋部材を有したパッケージと、片持ち支持される少なくとも２個の音叉型振動素子２０、２２と、を備えている。パッケージ本体１５の内底面の中央部には、溝１５ｅが形成され、溝１５ｅを挟んで両側に２つの支持面１５ｂ、１５ｃを設ける。両支持面１５ｂ、１５ｃ上に形成した電極部（図示せず）に導電性接着剤３０を塗布し、該導電性接着剤３０に夫々音叉型振動素子２０、２２を搭載する。音叉型振動素子２０、２２は、並行、且つ夫々の固定端部２１、２３が逆方向を向くように互い違いに配置されている。
【００２２】
音叉型振動素子２０、２２の夫々の振動変位方向は同じであるが、一方の音叉型振動素子固定端部より漏洩する振動エネルギは、溝１５ｅにより反射され、他方の音叉型振動素子に到達する振動エネルギの量は小さくなり、音叉型振動素子２０、２２間相互の干渉は低減される。
【００２３】
以上に説明した圧電デバイスは、発振用振動子のみならず、小型の加速度検知ユニット、あるいはジャイロセンサとして用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）は本発明に係る第１の実施の形態の圧電振動子の構造を示す斜視図、（ｂ）はその断面図。
【図２】第２の実施の形態の圧電振動子の構造を示す断面図。
【図３】第３の実施の形態の圧電振動子の構造を示す断面図。
【図４】（ａ）は第４の実施の形態の圧電振動子の構造を示す平面図、（ｂ）はその断面図。
【図５】第５の実施の形態の圧電振動子の構造を示す断面図。
【図６】（ａ）は第６の実施の形態の圧電振動子の構造を示す平面図、（ｂ）はその断面図。
【図７】従来の水晶振動素子ユニットの構成を示す平面図。
【図８】従来の圧電振動子の構成を示す平面図。
【符号の説明】
【００２５】
１、２、３、４、５、６ 圧電デバイス、１０、１３、１４、１５ パッケージ本体、１０ａ、１３ａ、１４ａ、１５ａ 側壁の上面、１０ｂ 山形の凸部、１０ｅ 小突起、１０ｄ 外部端子電極、１０ｆ 凹所、１３ｂ、１３ｃ、１４ｂ、１５ｂ、１５ｃ 平面、１３ｅ、１４ｅ 段差部、１４ｃ 斜面、１５ｅ 溝、１３ｆ、１４ｆ メタライズ部、２０、２２ 音叉型圧電振動子、２１、２３ 固定端部、３０ 導電性接着剤
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電デバイスに関し、特に１つのパッケージに周波数の異なる複数の圧電振動素子を実装し、且つ互いの干渉を抑圧するようにした圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電振動子は小型、堅牢で、高精度な周波数が容易に得られるため、携帯電話等の移動体通信機、電波時計、ＩＣカード等の民生用機器の基準周波数源として広く用いられている。特許文献１には、図７の平面図に示すように、１つのパッケージに周波数の異なる２つの水晶振動素子を収容した水晶振動子ユニット７０が開示されている。水晶振動子ユニット７０は、セラミック等の絶縁物質で焼成した矩形のパッケージ８０の内底部（対向する２つの角隅部）に固定部８１、８１を形成し、各固定部８１、８１に周波数の異なる２つの水晶振動素子９０、９２の基部９１、９３を固着して構成される。固定部８１は、水晶振動素子９０、９２の支持と、水晶振動素子９０、９２と外部端子電極との導通を兼ね、パッケージ８０の対角位置の隅に設けられている。図７の例では、音叉型振動素子９０、９２を互い違いに配置し、振動ビームが平行するように固着されている。
【０００３】
また、特許文献２には、図８の平面図に示すような圧電振動子１００が開示されている。圧電振動子１００は、２つの音叉型圧電振動片１２０、１２１と、該音叉型圧電振動片１２０、１２１を内部に実装するパッケージ１１０と、を備えている。パッケージ１１０は、音叉型圧電振動片１２０、１２１を内部に実装するための箱状体であるベース１１１と、リッド（図示せず）から構成される。ベース１１１は、セラミック等の絶縁素材からなる複数の基板を積層して箱状体とし、これを焼成して構成する。リッドにガラス等の透光性素材を用いると、封止後にレーザを用いて音叉型圧電振動片１２０、１２１の周波数を所望の値に微調整することができる。
【０００４】
ベース１１１には、音叉型圧電振動片１２０、１２１を実装する実装空間が隔壁１１２を設けることにより形成されている。隔壁１１２を設けて音叉型圧電振動片１２０、１２１の実装空間を分割することにより、発振周波数の異なる音叉型圧電振動片１２０と、音叉型圧電振動片１２１との間に、位相のズレ等によって生じる振動や位相雑音等を遮断することができ、これらの影響による相互干渉を抑制できると開示されている。また、隔壁１１２の端部には夫々の分割空間を連通する連通部１１３が設けられ、ベース１１１の底部には貫通する封止孔１１４が形成されている。連通部１１３及び封止孔１１４はパッケージ１１０内を真空封止するためのものである。
【特許文献１】特開平２−２０７６１０号公報
【特許文献２】特開２００５−３１８４４７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されているように、１つのパッケージ内に周波数の異なる２つの音叉型水晶振動素子を実装すると、音叉型水晶振動素子間に干渉が生じ、相互の共振周波数が共鳴する等の問題があった。また、特許文献２に記載されているように、実装空間を区分するための隔壁を設けたパッケージを用い、分割された実装空間夫々に周波数の異なる２つの音叉型水晶振動素子を実装して圧電デバイスを構成した場合には、２つ音叉型水晶振動素子間の干渉が完全には抑圧されないという問題があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、２つの音叉型水晶振動素子間の相互干渉を実用問題ない程度に低減した圧電デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、１つのパッケージに２つの音叉型水晶振動素子を実装した圧電デバイスにおける音叉型水晶振動素子間の相互干渉を大幅に低減するため、収容凹所を有したパッケージ本体、及び該パッケージ本体の収容凹所を閉止する蓋部材を有したパッケージと、該パッケージ本体の内底面上に並行な姿勢にて近接配置され且つ夫々片持ち支持される少なくとも２個の音叉型振動素子と、を備えた圧電デバイスにおいて、前記パッケージ本体の内底面に２つの傾斜面から成る山形の凸部を設け、両傾斜面上に夫々前記音叉型振動素子を搭載し、前記各音叉型振動素子は、夫々の固定端部が逆方向を向くように互い違いに配置して圧電デバイスを構成する。
以上のように圧電デバイスを構成すると、一方の音叉型振動素子の固定端部から漏洩した振動エネルギは、山形の凸部の斜面で反射し、他方の音叉型振動素子の固定端部に到達する振動エネルギは大幅に低減される。そのため、２つの音叉型振動素子間の相互の干渉は大幅に低減されるという効果がある。
【０００７】
前記山形の凸部の頂部に小突起、或いは凹所を備えた圧電デバイスを構成する。
このように圧電デバイスを構成すると、一方の音叉型振動素子の固定端部から漏洩した振動エネルギは、山形凸部の小突起、あるいは凹所斜で乱反射し、他方の音叉型振動素子の固定端部に到達する振動エネルギは大幅に低減される。そのため、２つの音叉型振動素子間相互の干渉は大幅に低減されるという効果がある。
【０００８】
収容凹所を有したパッケージ本体、及び該パッケージ本体の収容凹所を閉止する蓋部材を有したパッケージと、該パッケージ本体の内底面上に並行な姿勢にて近接配置され且つ夫々片持ち支持される少なくとも２個の音叉型振動素子と、を備えた圧電デバイスにおいて、前記パッケージ本体の内底面には、段差部と、該段差部の両側に配置された２つの支持面を有し、両支持面上に夫々前記音叉型振動素子を搭載し、前記各音叉型振動素子は、夫々の固定端部が逆方向を向くように互い違いに配置した圧電デバイスを構成する。
以上のように圧電デバイスを構成すると、一方の音叉型振動素子の固定端部から漏洩した振動エネルギは、段差部で反射し、他方の音叉型振動素子の固定端部に到達する振動エネルギは大幅に低減される。そのため、２つの音叉型振動素子間相互の干渉は大幅に低減されるという効果がある。
【０００９】
前記２つの支持面は、高さ位置が異なった圧電デバイスを構成する。
以上のように圧電デバイスを構成することにより、段差部における振動エネルギの反射が確実となり、２つの音叉型振動素子間相互の干渉は大幅に低減されるという効果がある。
【００１０】
前記２つの支持面は、一方の支持面に対し他方の支持面が、音叉型振動素子の短辺方向に傾斜した圧電デバイスを構成する。
以上のように圧電デバイスを構成することにより、一方の音叉型振動素子の固定端部から漏洩した振動エネルギは、段差部で大半が反射し、他方の音叉型振動素子の固定端部に到達する振動エネルギが低減すると共に、音叉型振動素子の振動方向が互いに異なっているため、ピックアップ効率も下がり、２つの音叉型振動素子間相互の干渉は大幅に低減されるという効果がある。
【００１１】
収容凹所を有したパッケージ本体、及び該パッケージ本体の収容凹所を閉止する蓋部材を有したパッケージと、該パッケージ本体の内底面上に並行な姿勢にて近接配置され且つ夫々片持ち支持される少なくとも２個の音叉型振動素子と、を備えた圧電デバイスにおいて、前記パッケージ本体の内底面に、溝を設け、該溝の両側に配置された２つの支持面を有し、両支持面上に夫々前記音叉型振動素子を搭載し、前記各音叉型振動素子は、夫々の固定端部が逆方向を向くように互い違いに配置した圧電デバイスを構成する。
このように圧電デバイスを構成することにより、一方の音叉型振動素子の固定端部から漏洩した振動エネルギは、溝で反射し、他方の音叉型振動素子の固定端部に到達する振動エネルギは低減する。そのため、２つの音叉型振動素子間相互の干渉は大幅に低減されるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る圧電デバイス１の要部構成を示す斜視図、同図（ｂ）は、Ａ−Ａにおける断面図である。
圧電デバイス１は、上面に収容凹所を有したパッケージ本体１０、及びパッケージ本体１０の収容凹所を閉止する蓋部材４０を有したパッケージと、片持ち支持される少なくとも２個の音叉型振動素子２０、２２と、を備えている。パッケージ本体１０の内底面に２つの傾斜面１０ｃから成る山形の凸部１０ｂを設け、凸部１０ｂの両傾斜面上に設けた電極部（図示せず）に導電性接着剤３０を塗布し、導電性接着剤３０の上に夫々音叉型振動素子２０、２２の固定端部２１、２３を搭載する。音叉型振動素子２０、２２は、夫々の固定端部２１、２３が逆方向を向くように互い違いに配置されている。なお、両傾斜面１０ｃ上に設けた電極部とパッケージ本体１０の底面に設けた表面実装用の外部端子電極１０ｄとは図示しない導体を介して導通されている。
【００１３】
パッケージ本体１０は、セラミック等の絶縁素材の基板を複数層積層して箱状積層体とし、この積層体を焼成して形成する。このとき、側壁上部１０ａのメタライズ部、前記電極部、外部端子電極１０ｄ及び内部配線等も同時に形成される。また、音叉型振動素子２０、２２は、周知のように、水晶ウェハをフォトリソグラフィ技法とエッチング手法を用いて、音叉状片が格子状に配列した水晶基板を形成し、該水晶基板に蒸着装置の真空中で所要の電極を形成した後、前記水晶基板を分割して個別の音叉型振動素子を得る。パッケージ本体１０の山形の凸部１０ｂの傾斜面１０ｃ上に形成した電極部に導電性接着剤３０を塗布し、該導電性接着剤３０に音叉型振動素子２０、２２を搭載し、導電性接着剤３０を乾燥、硬化させた後、パッケージ本体１０の側壁上部１０ａに形成したメタライズ部に、パッケージの金属蓋を、抵抗溶接機を用い、真空中で溶接して圧電デバイスを構成する。
また、パッケージにガラス材を用いる場合、パッケージ本体１０の側壁１０ａ上に低融点ガラス等の枠材を配置し、この上にガラス材の蓋部材４０を載置し、枠材を炉内で溶融させて密封封止を行う方法等、種々の封止方法が実施されている。パッケージにガラス材を用いると、密封封止後に音叉型振動素子の周波数をレーザを用いて微調整できるという利点がある。
【００１４】
音叉型水晶振動素子のような屈曲振動系の振動素子は、振動変位が周縁部で零となるＡＴカット水晶振動素子（厚み滑りモード）と異なり、周縁部における振動変位が減衰しない。そこで、屈曲振動系振動素子の支持は振動変位が零となるノーダルポイントを支持する。ノーダルポイントは、厳密には１点であるが、実際に屈曲振動系振動素子を支持するには、ある程度の大きさが必要であり、振動エネルギはこの支持部より漏洩し易い。従来、パッケージ本体に２つの音叉型水晶振動素子を配置した複合振動子が実用化されているが、２つの音叉型水晶振動素子間に相互干渉が生じることが報告されている。この理由として、一方の音叉型水晶振動素子の固定端部から漏洩した振動エネルギが、パッケージ本体を伝搬し、他方の音叉型水晶振動素子の固定端部に達し、相互干渉を起こすものと考えられる。そして、例えば伝達した振動エネルギの位相と被伝達側の音叉型水晶振動子の振動の位相とが一致しないことなどにより音叉型水晶振動子の振動を妨害が起こりノイズ信号を発生等のトラブルが起きる。通常、音叉型水晶振動素子はＱ値を高めるため内部を真空として用いるので、パッケージ内の気体を媒体とした音叉型水晶振動素子間の相互干渉は考えられない。
【００１５】
一方の音叉型水晶振動素子から漏洩した振動エネルギが、他方の音叉型水晶振動素子に到達するまでに振動エネルギを減衰できれば、音叉型水晶振動素子間の相互干渉を低減することができる。１つには、振動エネルギの伝搬距離を長くして減衰させる方法がある。これには、２つの音叉型水晶振動素子の固定端部間を遠ざけることである。そこで、固定端部が逆方向を向くように互い違いに配置して、伝搬距離を長くするように圧電デバイスを構成したが、完全には干渉は抑制できなかった。漏洩振動エネルギをより減衰させるには、パッケージ本体１０の内定部に図１に示すように、２つの傾斜面１０ｃから成る山形の凸部１０ｂを設け、両傾斜面の支持面に夫々音叉型振動素子２０、２１を搭載する。一方の音叉型振動素子から漏洩した振動エネルギは、他方の音叉型振動素子へ向かい傾斜面１０ｃの表面を伝搬した後、山形の凸部１０ｂの斜面で反射される。従って、他方の音叉型振動素子の固定端部に達する振動エネルギは大幅に減少し、相互干渉は低減される。また、音叉型振動素子２０、２１の夫々の音叉の振動方向は、夫々の斜面に平行であり、一方の音叉型振動素子の漏洩エネルギを他方の音叉型振動素子の固定端部でピックアップする際にロスが生じ、相互干渉が低減される。
尚、反射された振動エネルギが漏洩元の音叉型振動素子２０、２２への伝達を防止する必要がある場合には、反射した振動エネルギを凸部１０ｂの内部へ伝搬させればよい。
そして、凸部１０ｂの内部への伝搬を実現する為には２つの傾斜面１０ｃのなす角を鈍角（９０°より大きい角度）にすることが好ましい。
【００１６】
図２は、第２の実施の形態の圧電デバイス２の断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付して説明する。この圧電デバイス２が図１に示した圧電デバイス１と異なる点は、山形の凸部１０ｂの頂部に小突起１０ｅを設けた点である。上述した山形の凸部１０ｂの効果に加え、小突起１０ｃを形成することにより、一方の音叉型振動素子の固定端部から漏洩する振動エネルギは、小突起１０ｅにより乱反射され、他方の音叉型振動素子の固定端部に到達する振動エネルギは低減される。即ち、圧電デバイス１０と比較して圧電デバイス２は、小突起１０ｅを設けたこととで反射部となる角部を４箇所に増やした構造である。その為、他方の音叉型振動素子への漏れ振動エネルギの伝達をより積極的に阻止することができるので２つの音叉型振動素子２０、２２の相互干渉を小さく抑えることができる。
【００１７】
図３は、第３の実施の形態の圧電デバイス３の断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付して説明する。この圧電デバイス３が図１に示した圧電デバイス１と異なる点は、山形の凸部１０ｂの頂部に凹所１０ｆを設けた点である。上述した山形の凸部１０ｂの効果に加え、凹所１０ｆを形成することにより、一方の音叉型振動素子の固定端部から漏洩する振動エネルギは、凹所１０ｆにより乱反射され、他方の音叉型振動素子の固定端部に到達する振動エネルギは低減される。更に、圧電デバイス３は、凸部１０ｂの頂点を切り欠いた構成であるので、圧電デバイス１と比較して低背化に優れる。
【００１８】
図４（ａ）は、第４の実施の形態の圧電デバイス４の斜視図、同図（ｂ）は、Ｂ−Ｂにおける断面図である。圧電デバイス４は、収容凹所を有したパッケージ本体１３、及び該パッケージ本体１３の収容凹所を閉止する図示しない蓋部材を有したパッケージと、片持ち支持される少なくとも２個の音叉型振動素子２０、２２と、を備えている。パッケージ本体１３の内底面には、絶壁状の段差部１３ｅと、段差部１３ｅの両側に高さを異ならせて配置された２つの支持面１３ｂ、１３ｃがある。高さ位置が異なる両支持面１３ｂ、１３ｃ上に形成された電極部（図示せず）に導電性接着剤３０を塗布し、導電性接着剤３０に夫々音叉型振動素子２０、２２を搭載する。音叉型振動素子２０、２２は、夫々の固定端部２１、２３が逆方向を向くように並行且つ互い違いに配置する。図４の例では、図示しない金属蓋のパッケージによる収容凹所を閉止するために、パッケージ本体１３の側壁１３ａ上にメタライズ部１３ｆを設けた例を示したが、ガラス材のパッケージを用いる場合は、メタライズ部１３ｆは不要である。
【００１９】
図４（ｂ）の断面図から明らかなように、音叉型振動素子２０の固定端部２１から漏洩した振動エネルギの振動方向は、支持面１３ｃに平行となり、この振動エネルギは段差部１３ｅで反射・減衰され、僅かに図中右方へ伝搬するものもある。音叉型振動素子２２からの漏洩振動エネルギについても同様であり、振動エネルギは段差部１３ｅで反射・減衰され、僅かに図中左方へ伝搬する。このように段差部１３ｅを設けることにより一方の音叉型振動素子から漏洩した振動エネルギが、他方の音叉型振動素子に伝達し、該音叉型振動素子によってピックアップされる振動エネルギの量は極めて少ない。そのため、音叉型振動素子２０、２２間の相互干渉は大幅に抑圧されることになる。
【００２０】
図５は、第５の実施の形態の圧電デバイス５の縦断面図である。図４に示した第４の圧電デバイス４との相違点は、一方の支持面１４ｃが他方の支持面１４ｂに対し、傾斜している（非平行な面である）点である。第５の圧電デバイス５においても音叉型振動素子２０、２２相互間の干渉を低減することができる。
【００２１】
図６は、第６の実施の形態の圧電デバイス６の斜視図、同図（ｂ）は、Ｃ−Ｃにおける断面図である。圧電デバイス６は、収容凹所を有したパッケージ本体１５、及び該パッケージ本体１５の収容凹所を閉止する図示しない蓋部材を有したパッケージと、片持ち支持される少なくとも２個の音叉型振動素子２０、２２と、を備えている。パッケージ本体１５の内底面の中央部には、溝１５ｅが形成され、溝１５ｅを挟んで両側に２つの支持面１５ｂ、１５ｃを設ける。両支持面１５ｂ、１５ｃ上に形成した電極部（図示せず）に導電性接着剤３０を塗布し、該導電性接着剤３０に夫々音叉型振動素子２０、２２を搭載する。音叉型振動素子２０、２２は、並行、且つ夫々の固定端部２１、２３が逆方向を向くように互い違いに配置されている。
【００２２】
音叉型振動素子２０、２２の夫々の振動変位方向は同じであるが、一方の音叉型振動素子固定端部より漏洩する振動エネルギは、溝１５ｅにより反射され、他方の音叉型振動素子に到達する振動エネルギの量は小さくなり、音叉型振動素子２０、２２間相互の干渉は低減される。
【００２３】
以上に説明した圧電デバイスは、発振用振動子のみならず、小型の加速度検知ユニット、あるいはジャイロセンサとして用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）は本発明に係る第１の実施の形態の圧電振動子の構造を示す斜視図、（ｂ）はその断面図。
【図２】第２の実施の形態の圧電振動子の構造を示す断面図。
【図３】第３の実施の形態の圧電振動子の構造を示す断面図。
【図４】（ａ）は第４の実施の形態の圧電振動子の構造を示す平面図、（ｂ）はその断面図。
【図５】第５の実施の形態の圧電振動子の構造を示す断面図。
【図６】（ａ）は第６の実施の形態の圧電振動子の構造を示す平面図、（ｂ）はその断面図。
【図７】従来の水晶振動素子ユニットの構成を示す平面図。
【図８】従来の圧電振動子の構成を示す平面図。
【符号の説明】
【００２５】
１、２、３、４、５、６ 圧電デバイス、１０、１３、１４、１５ パッケージ本体、１０ａ、１３ａ、１４ａ、１５ａ 側壁の上面、１０ｂ 山形の凸部、１０ｅ 小突起、１０ｄ 外部端子電極、１０ｆ 凹所、１３ｂ、１３ｃ、１４ｂ、１５ｂ、１５ｃ 平面、１３ｅ、１４ｅ 段差部、１４ｃ 斜面、１５ｅ 溝、１３ｆ、１４ｆ メタライズ部、２０、２２ 音叉型圧電振動子、２１、２３ 固定端部、３０ 導電性接着剤
【特許請求の範囲】
【請求項１】
収容凹所を有したパッケージ本体、及び該パッケージ本体の収容凹所を閉止する蓋部材を有したパッケージと、該パッケージ本体の内底面上に並行な姿勢にて近接配置され且つ夫々片持ち支持される少なくとも２個の音叉型振動素子と、を備えた圧電デバイスにおいて、
前記パッケージ本体の内底面に２つの傾斜面から成る山形の凸部を設け、両傾斜面上に夫々前記音叉型振動素子を搭載し、
前記各音叉型振動素子は、夫々の固定端部が逆方向を向くように互い違いに配置されていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記山形の凸部の頂部に小突起、或いは凹所を備えたことを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
収容凹所を有したパッケージ本体、及び該パッケージ本体の収容凹所を閉止する蓋部材を有したパッケージと、該パッケージ本体の内底面上に並行な姿勢にて近接配置され且つ夫々片持ち支持される少なくとも２個の音叉型振動素子と、を備えた圧電デバイスにおいて、
前記パッケージ本体の内底面には、段差部と、該段差部の両側に配置された２つの支持面を有し、両支持面上に夫々前記音叉型振動素子を搭載し、
前記各音叉型振動素子は、夫々の固定端部が逆方向を向くように互い違いに配置されていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項４】
前記２つの支持面は、高さ位置が異なっていることを特徴とする請求項３に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記２つの支持面は、一方の支持面に対し他方の支持面が、音叉型振動素子の短辺方向に傾斜していることを特徴とする請求項３に記載の圧電デバイス。
【請求項６】
収容凹所を有したパッケージ本体、及び該パッケージ本体の収容凹所を閉止する蓋部材を有したパッケージと、該パッケージ本体の内底面上に並行な姿勢にて近接配置され且つ夫々片持ち支持される少なくとも２個の音叉型振動素子と、を備えた圧電デバイスにおいて、
前記パッケージ本体の内底面に、溝と、該溝の両側に配置された２つの支持面を有し、両支持面上に夫々前記音叉型振動素子を搭載し、
前記各音叉型振動素子は、夫々の固定端部が逆方向を向くように互い違いに配置されていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項１】
収容凹所を有したパッケージ本体、及び該パッケージ本体の収容凹所を閉止する蓋部材を有したパッケージと、該パッケージ本体の内底面上に並行な姿勢にて近接配置され且つ夫々片持ち支持される少なくとも２個の音叉型振動素子と、を備えた圧電デバイスにおいて、
前記パッケージ本体の内底面に２つの傾斜面から成る山形の凸部を設け、両傾斜面上に夫々前記音叉型振動素子を搭載し、
前記各音叉型振動素子は、夫々の固定端部が逆方向を向くように互い違いに配置されていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記山形の凸部の頂部に小突起、或いは凹所を備えたことを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
収容凹所を有したパッケージ本体、及び該パッケージ本体の収容凹所を閉止する蓋部材を有したパッケージと、該パッケージ本体の内底面上に並行な姿勢にて近接配置され且つ夫々片持ち支持される少なくとも２個の音叉型振動素子と、を備えた圧電デバイスにおいて、
前記パッケージ本体の内底面には、段差部と、該段差部の両側に配置された２つの支持面を有し、両支持面上に夫々前記音叉型振動素子を搭載し、
前記各音叉型振動素子は、夫々の固定端部が逆方向を向くように互い違いに配置されていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項４】
前記２つの支持面は、高さ位置が異なっていることを特徴とする請求項３に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記２つの支持面は、一方の支持面に対し他方の支持面が、音叉型振動素子の短辺方向に傾斜していることを特徴とする請求項３に記載の圧電デバイス。
【請求項６】
収容凹所を有したパッケージ本体、及び該パッケージ本体の収容凹所を閉止する蓋部材を有したパッケージと、該パッケージ本体の内底面上に並行な姿勢にて近接配置され且つ夫々片持ち支持される少なくとも２個の音叉型振動素子と、を備えた圧電デバイスにおいて、
前記パッケージ本体の内底面に、溝と、該溝の両側に配置された２つの支持面を有し、両支持面上に夫々前記音叉型振動素子を搭載し、
前記各音叉型振動素子は、夫々の固定端部が逆方向を向くように互い違いに配置されていることを特徴とする圧電デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−２３６１２３（Ｐ２００８−２３６１２３Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７０２１４（Ｐ２００７−７０２１４）
【出願日】平成１９年３月１９日（２００７．３．１９）
【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２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１９日（２００７．３．１９）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
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