輪郭振動片
【課題】輪郭振動片における振動漏れを大幅に低減させてＱ値及びＣＩ値の向上を実現する。
【解決手段】輪郭圧電振動片１１は、接続部１３ａ〜１３ｄが正方形の振動部１２の４つの角部から左右各辺に沿って外向きに延長し、その先端が、接続部の幅より縦寸法が大きく高い面内剛性を有する矩形の中間剛性部１４ａの両端に結合している。中間剛性部の上辺中央にそれより十分に狭幅で縦方向に真直ぐに延長する連結部１５ａが結合され、その先端が、連結部の幅より幅寸法が大きく高い面内剛性を有する矩形の支持部１６ａに結合されている。
【解決手段】輪郭圧電振動片１１は、接続部１３ａ〜１３ｄが正方形の振動部１２の４つの角部から左右各辺に沿って外向きに延長し、その先端が、接続部の幅より縦寸法が大きく高い面内剛性を有する矩形の中間剛性部１４ａの両端に結合している。中間剛性部の上辺中央にそれより十分に狭幅で縦方向に真直ぐに延長する連結部１５ａが結合され、その先端が、連結部の幅より幅寸法が大きく高い面内剛性を有する矩形の支持部１６ａに結合されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラーメモードや輪郭すべり振動モードで輪郭振動する輪郭振動片に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ラーメモードや輪郭すべり振動モードの輪郭振動子は、１００ｋＨｚレベルまでの低周波数で振動する音叉型水晶振動子と、１０ＭＨｚ以上の比較的高周波数で振動する厚みすべり振動モードのＡＴカット水晶振動子との中間範囲にある数ＭＨｚの周波数で振動する。ラーメモードの輪郭圧電振動子は、正方形又は複数の正方形を連ねた方形平板の圧電基板からなる振動部と支持部とそれらを振動の節点で接続する接続部とを一体に備える（例えば、特許文献１を参照）。輪郭すべり振動モードの輪郭圧電振動子も、ラーメモードの振動子と同様に、正方形平板の圧電基板からなる振動部と支持部とそれらを接続する接続部とを備える（例えば、特許文献２，３を参照）。
【０００３】
ラーメモードの輪郭振動では、振動部が、その表裏主面に互いに異極となるように形成した１対の励振電極に電流を印加して励振すると、正方形の４つの角部と中心とを節点として面内で、対向する一方の２辺と他方の２辺とが交互に外向き又は内向きに伸縮する。これに対し、輪郭すべり振動では、振動部が、その一方の主面に縦方向及び横方向の中心線に沿って分割された４つの励振電極に、その対角位置にあるもの同士が同極でかつ隣接するもの同士が互いに異極となるように、電流を印加して励振すると、その中心を節点として面内で、正方形の一方の対角方向と他方の対角方向とで交互に伸縮する。
【０００４】
このような輪郭振動を行う輪郭振動片は、輪郭振動の節点の周りに発生するモーメント力によって、振動部と支持部との接続部に屈曲振動が発生し、振動部からの振動漏れを生じて等価直列抵抗が大きくなり、Ｑ値を低下させる虞がある。また、接続部をより細く形成すると、振動漏れを小さくできるが、強度又は剛性が低下するために、耐衝撃性が劣化する虞がある。
【０００５】
等価直列抵抗値を低減化させるために、四角形状の振動本体部をその端部に位置する振動の節点で支持しかつ振動本体部の表面及び裏面に形成した励振電極への電圧の供給ラインとなる接続部を、該接続部を介して振動本体部を支持する端子電極部に向けて長く延ばして形成し、振動本体部内で発生するラーメモード振動に対する抵抗力を減少させたラーメモード振動の水晶振動子が提案されている（例えば、特許文献４を参照）。特許文献４によれば、振動本体部の節点から引き出した接続部を途中で屈曲させ、かつ振動本体部近傍に設けた端子電極部に向けて長く延ばすことによって、振動子全体のサイズ拡張を抑えて小型化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１１５７４７号公報
【特許文献２】特公平８−３１７５８号公報
【特許文献３】特開２００６−３１１４４３号公報
【特許文献４】特開２００４−２４２２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１２及び図１３は、特許文献４に記載されるように、振動部から引き出した接続部を屈曲させて、該振動部を支持するための支持部に向けて長く延長させたラーメモードの輪郭振動片をそれぞれ例示している。図１２（Ａ）の輪郭振動片１は、３つの正方形を連ねた長方形の振動部２を有し、その振動の節点である４つの角部から接続部３が、それぞれ前記長方形の短辺に沿って外向きに引き出されている。各接続部３は、Ｌ字状に略直角に屈曲され、振動部２の前記長方形の長辺に沿って該長辺の中央付近の支持部４まで延長している。図１３（Ａ）の輪郭振動片５は、３つの正方形を連ねた長方形の振動部６の振動の節点である４つの角部から、接続部７がそれぞれ前記長方形の短辺に対して略４５°の角度で外向きに引き出されている。各接続部７は、Ｖ字状に略４５°の角度で折り返すように屈曲され、振動部２の前記長方形の短辺と平行に該短辺の中央付近の支持部８まで延長している。
【０００８】
図１２（Ｂ）及び図１３（Ｂ）は、それぞれ輪郭振動片１，５について、ラーメモードで振動させたときの振動姿態を有限要素法で解析した結果を示している。図１２（Ｂ）に示すように、輪郭振動片１は、各接続部３が、振動部２の輪郭振動に対応して該振動部の前記各角部を支点に屈曲振動し、その屈曲振動がＬ字状屈曲部を介して支持部４まで伝達されている。輪郭振動片５も同様に、図１３（Ｂ）に示すように、各接続部７が、振動部６の輪郭振動に対応して該振動部の前記各角部を支点に屈曲振動し、その屈曲振動がＶ字状屈曲部を介して支持部８まで伝達されている。
【０００９】
これらの輪郭振動片１，５について、支持部４，８を固定した場合の固有周波数Ｆc と前記支持部を固定しないで自由にした場合の固有周波数Ｆf とを算出し、それらの差から周波数変動量ΔＦ＝（Ｆc−Ｆf）／Ｆf を求めた。得られた周波数変動量ΔＦは、図１２（Ａ）の輪郭振動片１が約−１２５ppm 、図１３（Ａ）の輪郭振動片５が約＋６０ppm であり、いずれも実用されている音叉型圧電振動子に比して１桁以上大きい値を示した。これらの結果から、上記従来の輪郭振動子は、接続部から比較的大きい振動漏れを生じることが分かった。
【００１０】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、振動部の支持構造を改良することにより、振動部から接続部を介して生じる振動漏れを大幅に低減させて、Ｑ値及びＣＩ値の向上を実現し得る輪郭振動片を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の輪郭振動片は、上記目的を達成するために、輪郭振動する振動部と、該振動部の輪郭のそれぞれ異なる位置から外向きに引き出された複数の接続部と、振動部の輪郭振動により互いに同じ大きさで逆向きに屈曲振動する２つの隣接する接続部に結合されかつ少なくとも該接続部より高い面内剛性を有する中間剛性部と、該中間剛性部から振動部側とは反対方向に延長する狭幅の連結部と、振動部を支持するために連結部に結合されかつ少なくとも該連結部より高い面内剛性を有する支持部とを備えることを特徴とする。
【００１２】
中間剛性部は、互いに同じ大きさで逆向きに屈曲振動するように結合された２つの接続部から、大きさが同じで逆向きの回転モーメントを受けるが、それら接続部よりも高い面内剛性を有するので、その横方向に作用する成分が互いに相殺され、縦方向成分だけが残ることになる。残った縦方向成分の力だけが、そのまま連結部から支持部に伝達されるので、接続部から支持部への振動漏れが従来に比して大幅に低減され、輪郭振動片のＱ値及びＣＩ値を大幅に改善することができる。
【００１３】
或る実施例では、連結部に結合されかつ少なくとも該連結部より高い面内剛性を有する第２中間剛性部と、該第２中間剛性部から連結部と直交する向きに延長して支持部に結合する第２連結部とを更に有することにより、連結部を介して伝達される縦方向成分の力を第２連結部の屈曲振動に変換することができ、かつ各第２連結部の屈曲振動が互いに同じ大きさで逆向きになることから、支持部に伝達される縦方向成分の力を相殺することができる。これにより、接続部から支持部への振動漏れをより一層低減させ、輪郭振動片のＱ値及びＣＩ値を更に改善することができる。
【００１４】
別の実施例では、中間剛性部に結合する２つの隣接する接続部が、振動部から互いに平行に延長することにより、中間剛性部において、これら接続部から受ける横方向成分の力をほぼ完全に相殺させることができる。
【００１５】
更に別の実施例によれば、中間剛性部に結合する２つの隣接する接続部が、振動部から互いに同じ傾斜角度でかつ左右対称に延長することにより、中間剛性部において、これら接続部から受ける横方向成分の力は一部しか相殺できないが、振動片の形状をより自由に設計することができる。
【００１６】
また、別の実施例では、連結部が、その軸線方向に作用する力に対して該軸線方向に変位する緩衝部を有することにより、連結部から支持部に伝達される縦方向成分の力を減衰させることができる。
【００１７】
また、或る実施例では、支持部が枠状に形成され、かつ振動片全体を囲繞するように最も外側に配置されていることにより、振動部の励振によって振動片全体に生じ得る変位が有効に分散されて上下左右いずれの方向にもバランスし、安定した輪郭振動を得ることができ、かつパッケージ等のマウント部に対して、より確実にかつ安定して固定することができる。
【００１８】
本発明の輪郭振動片は、振動部を１つの正方形とすることによって、１次モードの輪郭振動を行い、又は複数の正方形を連ねた方形とすることによって、所望の高次モードで輪郭振動させることができる。
【００１９】
更に別の実施例によれば、輪郭振動片は、従来公知の製造加工技術を利用して、水晶等の圧電材料から一体に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（Ａ）図は本発明による輪郭振動片の第１実施例の概略平面図、（Ｂ）図はその振動姿態を示す説明図。
【図２】第１実施例の変形例を示す概略平面図。
【図３】第１実施例の別の変形例を示す概略平面図。
【図４】第１実施例の更に別の変形例を示す概略平面図。
【図５】第１実施例の別の変形例を示す概略平面図。
【図６】第１実施例の更に別の変形例を示す概略平面図。
【図７】（Ａ）図は図４の実施例の変形例を示す概略平面図、（Ｂ）図はその振動姿態を示す説明図。
【図８】図７の実施例の変形例を示す概略平面図。
【図９】図８の実施例の変形例を示す概略平面図。
【図１０】（Ａ）図は本発明による輪郭振動片の第２実施例の概略平面図、（Ｂ）図はその振動姿態を示す説明図。
【図１１】第２実施例の変形例を示す概略平面図。
【図１２】（Ａ）図は従来の輪郭振動片の概略平面図、（Ｂ）図はその振動姿態を示す説明図。
【図１３】（Ａ）図は従来の別の輪郭振動片の概略平面図、（Ｂ）図はその振動姿態を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。尚、添付図面において、同一又は類似の構成要素には同一又は類似の参照符号を付して説明する。
図１（Ａ）は、本発明による輪郭振動片の第１実施例である輪郭圧電振動片１１を概略的に示している。圧電振動片１１は、単一の正方形からなる振動部１２を有し、１次モードのラーメモードで輪郭振動する。振動部１２の振動の節点である４つの角部から、それぞれ同じ細幅及び長さの接続部１３ａ〜１３ｄが、前記振動部の左右各辺に沿って外向きに延長している。
【００２２】
図中上側の接続部１３ａ，１３ｂは、その先端で前記振動部の全幅に亘って延在する中間剛性部１４ａの両端に結合している。中間剛性部１４ａは、前記振動部の縦方向（図中、上下方向）に前記接続部の幅より十分に大きい縦寸法の矩形形状に形成され、少なくとも前記接続部よりも高い面内剛性を有する。中間剛性部１４ａの上辺中央には、該中間剛性部よりも十分に狭幅で縦方向に真直ぐに延長する連結部１５ａが結合され、その先端に支持部１６ａが結合されている。支持部１６ａは、図示するように中間剛性部１４ａと略同じ幅で十分な縦寸法を有する矩形形状に形成されており、高い面内剛性と大きい質量負荷とを有する。このように連結部１５ａに対する高い面内剛性と、好ましくは更に該連結部よりも大きい質量負荷を有するものであれば、支持部１６ａは本実施例以外の様々な形状・寸法に形成することができる。
【００２３】
圧電振動片１１は、振動部１２を挟んで上下対称に形成されている。従って、図中下側の接続部１３ｃ，１３ｄも、その先端が、上側の中間剛性部１４ａと同じ寸法形状を有しかつ高い面内剛性を発揮する中間剛性部１４ｂに結合されている。中間剛性部１４ｂの下辺中央には、該中間剛性部より十分に狭幅の連結部１５ｂが結合され、その先端には支持部１６ｂが結合されている。支持部１６ｂは、上側の支持部１６ａと同じ寸法形状を有するが、同様に連結部１５ｂに対して高い面内剛性と、好ましくは更に該連結部よりも大きい質量負荷とを有するものであれば、様々な形状寸法に形成することができる。圧電振動片１１は、従来の加工方法を用いて水晶等の圧電材料で一体に形成することができる。
【００２４】
図示しないが、振動部１２の表面及び裏面には、略全面に互いに異極となる１対の励振電極が形成されている。圧電振動片１１は、前記励振電極に所定の電流を印加して励振すると、図１（Ｂ）に示すように、振動部１２が、正方形の各角部を節点として面内で、互いに対向する一方の２辺と他方の２辺が交互に外向きに伸張し又は内向きに圧縮するラーメモードの輪郭振動を行う。ここで、上述したように圧電振動片１１は上下対称に形成されているので、その支持構造に振動が及ぼす影響は、上側の前記接続部、プレート部、連結部及び支持部についてのみ以下に説明する。このとき、各支持部１６ａ，１６ｂはパッケージ等のマウント部に固定されているものとする。
【００２５】
同図に示すように、接続部１３ａ，１３ｂは、振動部１２の上辺が内向き即ち圧縮する向きに変位すると、それぞれ内側へ回転する向きに、逆に前記上辺が外向き即ち伸張する向きに変位すると、それぞれ外側へ回転する向きに屈曲振動する。そのため、接続部１３ａ，１３ｂと結合された中間剛性部１４ａの左右両端部分には、前記接続部の屈曲振動に対応して回転モーメントが作用する。この回転モーメントは、各接続部１３ａ，１３ｂの寸法が同じであるから、互いに大きさが同じで向きが逆である。
【００２６】
中間剛性部１４ａは高い面内剛性を有するので、前記接続部の屈曲振動により該中間剛性部の左右両端から作用する力の幅方向成分が互いに相殺され、縦方向成分だけが残る。残った縦方向成分の力は、そのまま連結部１５ａに伝達される。連結部１５ａは、中間剛性部１４ａの上辺中央から縦方向に真直ぐ延長しているので、幅方向に屈曲することなく、前記縦方向成分の力を支持部１６ａに伝達する。
【００２７】
このように本実施例の輪郭圧電振動片１１は、振動部１２の輪郭振動が、接続部１３ａ〜１３ｄから中間剛性部１４ａ，１４ｂに伝達される際に部分的に相殺される。残った縦方向成分の力は、前記中間剛性部から連結部１５ａ，１５ｂに伝達される際に、不要な屈曲振動等の振動モードを生じない。その結果、支持部１６ａ，１６ｂへの振動漏れが、従来に比して大幅に低減される。従って、圧電振動片１１のＱ値及びＣＩ値を大幅に改善することができる。
【００２８】
図２は、第１実施例の変形例を示している。この変形例の輪郭圧電振動片１１は、各連結部１５ａ，１５ｂが、それぞれ２つのＹ字形部分１７ａ〜１７ｄからなり、かつ前記２つのＹ字形部分の分岐した先端部同士を互いに結合させて菱形の緩衝部を中間に有するように形成されている。前記菱形緩衝部は、中間剛性部１４ａ，１４ｂから伝達される前記縦方向成分の力によって、縦方向に圧縮又は伸張する向きに変位する。その結果、前記中間剛性部から支持部１６ａ，１６ｂに伝達される前記縦方向成分の力が幾分減衰される。従って、前記支持部１６ａ，１６ｂへの振動漏れが更に低減され、圧電振動片１１のＱ値及びＣＩ値をより一層改善することができる。
【００２９】
図３は、第１実施例の別の変形例を示している。この変形例の輪郭圧電振動片２１は、単一の正方形の振動部１２の各角部からそれぞれ縦方向及び幅方向の外向きに延長するように８つの接続部１３が形成されている。振動部１２の各辺両端から平行に延長する各２つの接続部１３の先端には、それぞれ第１実施例と同じ寸法形状で少なくとも前記接続部よりも高い面内剛性の中間剛性部１４が結合されている。各中間剛性部１４の振動部１２と反対側の辺の中央には、それと直交する向きに狭幅の連結部１５がそれぞれ形成され、その先端が外側に配置した正方形の支持フレーム２２に結合されている。
【００３０】
これにより、上記各実施例と同様に、輪郭振動する振動部１２からの振動漏れを低減させつつ、該振動部の励振によって振動片全体に生じ得る変位が有効に分散されて上下左右いずれの方向にもバランスし、安定した輪郭振動を得ることができ、更に前記振動部をより確実にかつ安定して支持固定することができる。この支持フレーム２２は、特にその両面にプレート部材を接着してパッケージ化し、その内部に前記振動部を封止する場合に有利である。
【００３１】
図４は、第１実施例の更に別の変形例を示している。この変形例の輪郭圧電振動片２３は、振動部１２を固定支持するための支持部２４が、その幅方向の一方の側に沿って縦方向に延長するように設けられている。各連結部１５ａ，１５ｂの先端には、第１実施例の支持部１６ａ，１６ｂに代えて、第２中間剛性部２５ａ，２５ｂが結合されている。第２中間剛性部２５ａ，２５ｂは、第１中間剛性部１４ａ，１４ｂと同様に高い面内剛性を有するように、十分な幅及び縦寸法の矩形形状に形成されている。前記第２中間剛性部の支持部２４側の側辺には、該第２中間剛性部の縦寸法より狭幅の第２連結部２６ａ，２６ｂが、幅方向に延長して支持部２４の縦方向の両端に結合するように形成されている。
【００３２】
第１実施例の支持部１６ａ，１６ｂについて上述したように、連結部１５ａ，１５ｂから前記第２中間剛性部には、縦方向成分の力のみが作用する。この縦方向成分の力によって、第２連結部２６ａ，２６ｂは、支持部２４との結合部分を支点にして屈曲振動する。支持部２４の縦方向の両端には、前記第２連結部の屈曲振動によって、同じ大きさで逆向きの回転モーメントが作用する。支持部２４は、その幅寸法が少なくとも前記第２連結部の幅よりも大きいので、高い面内剛性を発揮する。その結果、前記第２連結部の屈曲振動により支持部２４の縦方向両端から作用する力の縦方向成分が互いに相殺されるので、支持部２４への振動漏れが更に減少する。従って、第１実施例よりも、更にＱ値及びＣＩ値を改善することができる。
【００３３】
図５は、第１実施例の別の変形例を示している。上記各実施例の圧電振動片が１次モードの輪郭振動であるのに対し、この変形例の輪郭圧電振動片２７は、２つの正方形を横方向に連ねた長方形の振動部２８を有し、２次モードの輪郭振動を行う。図示するように、振動部２８は、図１の圧電振動片１１の振動部１２の左側に追加の正方形２８ａを１つ連結するように形成される。このように、本発明は２次モードの輪郭振動を行う輪郭圧電振動片についても適用することができる。
【００３４】
図６は、第１実施例の更に別の変形例を示している。この変形例の輪郭圧電振動片２９は、３つの正方形を横方向に連ねた長方形の振動部３０を有し、３次モードの輪郭振動を行う。図示するように、振動部２８は、図１の圧電振動片１１の振動部１２の左右両側に追加の正方形３０ａ，３０ｂを各１つ連結するように形成される。このように、本発明は３次モードの輪郭振動を行う輪郭圧電振動片についても適用することができる。
【００３５】
図７（Ａ）は、図４の実施例の変形例を示している。図４の実施例では、振動部１２が単一の正方形からなるのに対し、この変形例の輪郭圧電振動片３１は、３つの正方形３２ａ〜３２ｃを縦方向に連ねた長方形の振動部３２を有し、図７（Ｂ）に示すように３次モードの輪郭振動を行う。このとき、支持部２４はパッケージ等のマウント部に固定されているものとする。
【００３６】
振動部３２の上側及び下側の正方形３２ａ，３２ｃは、同相に輪郭振動する。従って、図４の実施例と同様に、支持部２４の縦方向両端には、振動部３２の輪郭振動による第２連結部２６ａ，２６ｂの屈曲振動によって、同じ大きさで逆向きの回転モーメントが作用する。その結果、支持部２４の縦方向両端から作用する力の縦方向成分が互いに相殺されるので、支持部２４への振動漏れが減少し、Ｑ値及びＣＩ値をより一層改善することができる。
【００３７】
図８は、図７の実施例の変形例を示している。この変形例の輪郭圧電振動片３３は、振動部３２の幅方向の両側に沿って縦方向に延長する支持部２４ａ，２４ｂが設けられている。第２中間剛性部２５ａ，２５ｂも、幅方向の両側辺に該第２中間剛性部の縦寸法より狭幅の第２連結部２６ａ〜２６ｄが、幅方向に延長しかつ対応する支持部２４ａ，２４ｂの縦方向の両端に結合するように形成されている。これによって、前記各第２中間剛性部が連結部１５ａ，１５ｂから受ける縦方向成分の力を、それぞれ左右の前記第２連結部に半分ずつ分割することができる。従って、圧電振動片３３全体として、第２連結部２６ａ〜２６ｄの屈曲振動による変位を左右対称にバランスし、より安定した輪郭振動が得られる。
【００３８】
図９は、図８の実施例の変形例を示している。この変形例の輪郭圧電振動片３４は、振動部３２の幅方向両側の支持部２４ａ，２４ｂに代えて、振動部３２の外側に矩形枠状の支持フレーム３５が設けられている。支持フレーム３５は、少なくとも第２連結部２６ａ〜２６ｄの幅よりも大きい幅を有し、該第２連結部と一体に結合されている。これによって、振動部３２の励振によって振動片全体に生じ得る変位が有効に分散されて上下左右いずれの方向にもバランスし、安定した輪郭振動を得ることができると共に、振動部をより確実にかつ安定して支持固定することができる。この支持フレーム３５は、特にその両面にプレート部材を接着してパッケージ化し、その内部に前記振動部を封止する場合に有利である。
【００３９】
図１０（Ａ）は、本発明による輪郭振動片の第２実施例である１次モードの輪郭圧電振動片を概略的に示している。第２実施例の輪郭圧電振動片４１は、第１実施例と同様に単一の正方形からなる振動部４２を有し、１次モードのラーメモードで輪郭振動する。振動部４２には、その振動の節点である４つの角部にそれぞれ接続部４３が一体に結合している。各接続部４３は、それぞれ幅方向外向きに同じ傾斜角度で開くように同じ長さだけ延長する部分４３ａと、それから幅方向内向きに同じ角度で屈曲して同じ長さだけ折り返す部分４３ｂとからＬ字状に形成されている。
【００４０】
図中上側の接続部４３は、その先端で前記振動部の幅方向に延在する中間剛性部４４ａの両端に結合している。中間剛性部４４ａは、前記接続部の幅より十分に大きい縦寸法の矩形形状に形成され、少なくとも前記接続部よりも高い面内剛性を有する。中間剛性部４４ａの上辺中央には、該中間剛性部よりも十分に狭幅で縦方向に真直ぐに延長する連結部４５ａが結合され、その先端に支持部４６ａが結合されている。支持部４６ａは、中間剛性部４４ａより大きい幅及び縦寸法を有する矩形形状に形成され、それより高い面内剛性と大きい質量負荷を有する。
【００４１】
圧電振動片４１は、振動部４２を挟んで上下対称に形成されている。従って、図中下側の接続部４３も、その先端が、上側の中間剛性部４４ａと同じ寸法形状で高い面内剛性を発揮する中間剛性部４４ｂに結合されている。中間剛性部４４ｂの下辺中央には、該中間剛性部より十分に狭幅の連結部４５ｂが結合され、その先端には支持部４６ｂが結合されている。支持部４６ｂは、上側の支持部４６ａと同じ寸法形状に形成されているが、高い面内剛性と、好ましくは更に連結部４５ｂより大きい質量負荷を有するものであれば、他の様々な形状寸法に形成することができる。圧電振動片４１は、従来の加工方法を用いて水晶等の圧電材料で一体に形成することができる。
【００４２】
振動部４２の表面及び裏面には、第１実施例と同様に、略全面に互いに異極となる１対の励振電極が形成されている。圧電振動片４１は、前記励振電極に所定の電流を印加して励振すると、図１０（Ｂ）に示すように、振動部４２が、正方形の各角部を節点として面内で、互いに対向する一方の２辺と他方の２辺が交互に外向きに伸張し又は内向きに圧縮するラーメモードの輪郭振動を行う。ここで、上述したように圧電振動片４１は上下対称に形成されているので、その支持構造に振動が及ぼす影響は、上側の前記接続部、プレート部、連結部及び支持部についてのみ以下に説明する。このとき、各支持部４６ａ，４６ｂはパッケージ等のマウント部に固定されているものとする。
【００４３】
同図に示すように、接続部４３は、振動部４２の上辺が外向き即ち伸張する向きに変位すると、振動部との結合部分を支点として部分４３ａがそれぞれ外側へ回転する向きに屈曲し、かつ屈曲部分を支点として部分４３ｂがそれぞれ内側へ回転する向きに屈曲する。逆に前記上辺が内向き即ち圧縮する向きに変位すると、部分４３ａがそれぞれ振動部との結合部分を支点に内側へ回転する向きに屈曲し、かつ部分４３ｂが屈曲部分を支点にそれぞれ外側へ回転する向きに屈曲する。このように各接続部４３の屈曲振動は、その屈曲部で変位を生じるので、幾分減衰されることになる。
【００４４】
接続部４３と結合された中間剛性部４４ａの左右両端部分には、前記接続部の屈曲振動に対応して回転モーメントが作用する。この回転モーメントは、各接続部４３の寸法が同じであるから、互いに大きさが同じで向きが逆である。
【００４５】
中間剛性部４４ａは高い面内剛性を有するので、前記接続部の屈曲振動により該中間剛性部の左右両端から作用する力の幅方向成分が互いに相殺され、縦方向成分だけが残る。残った縦方向成分の力は、そのまま連結部４５ａに伝達される。連結部４５ａは、中間剛性部４４ａの上辺中央から縦方向に真直ぐ延長しているので、幅方向に屈曲することなく、前記縦方向成分の力を支持部４６ａに伝達する。
【００４６】
このように本実施例の輪郭圧電振動片４１は、振動部１２の輪郭振動が、接続部４３から中間剛性部４４ａ，４４ｂに伝達される際に部分的に相殺される。残った縦方向成分の力は、前記中間剛性部から連結部４５ａ，１４５ｂに伝達される際に、不要な屈曲振動等の振動モードを生じない。その結果、支持部４６ａ，４６ｂへの振動漏れが、従来に比して大幅に低減される。従って、圧電振動片４１のＱ値及びＣＩ値を大幅に改善することができる。
【００４７】
図１１は、第２実施例の変形例を示している。この変形例の輪郭圧電振動片５１は、図４の実施例と同様に、振動部４２を固定支持するための支持部５２が、その幅方向の一方の側に沿って縦方向に延長するように設けられている。各連結部４５ａ，４５ｂの先端には、第２実施例の支持部４６ａ，４６ｂに代えて、第２中間剛性部５３ａ，５３ｂが結合されている。第２中間剛性部５３ａ，５３ｂは、支持部４６ａ，４６ｂと同様に、振動部４２と略同じ幅で十分な縦寸法を有する矩形形状に形成され、第１中間剛性部４４ａ，４４ｂと同様に高い面内剛性を有する。前記第２中間剛性部の支持部５２側の側辺には、該第２中間剛性部の縦寸法より狭幅の第２連結部５４ａ，５４ｂが、幅方向に延長して支持部５２の縦方向の両端に結合するように形成されている。
【００４８】
第２実施例の支持部４６ａ，４６ｂについて上述したように、連結部４５ａ，４５ｂから前記第２中間剛性部には、縦方向成分の力のみが作用する。この縦方向成分の力によって、第２連結部５３ａ，５３ｂは、支持部５２との結合部分を支点にして屈曲振動する。支持部５２の縦方向の両端には、前記第２連結部の屈曲振動によって、同じ大きさで逆向きの回転モーメントが作用する。支持部５２は、その幅寸法が少なくとも前記第２連結部の幅よりも大きいので、高い面内剛性を発揮する。その結果、前記第２連結部の屈曲振動により支持部５２の縦方向両端から作用する力の縦方向成分が互いに相殺されるので、支持部５２への振動漏れが更に減少する。従って、第１実施例よりも、更にＱ値及びＣＩ値を改善することができる。
【００４９】
上記各実施例についても、同様に解析を行い、前記各支持部を固定した場合の固有周波数Ｆc と該支持部を固定しないで自由にした場合の固有周波数Ｆf とを算出し、それらの差から周波数変動量ΔＦ＝（Ｆc−Ｆf）／Ｆf を求めた。得られた周波数変動量ΔＦは、図１２（Ａ）、図１３（Ａ）の従来の輪郭振動片に比して１桁以上小さい値を示した。その結果から、本発明の輪郭振動片は、いずれも振動漏れを大幅に改善できることが確認された。
【００５０】
上記各実施例では、振動部から接続部を引き出す位置を、ラーメモードの振動を安定させるために、振動部の節点に設けた。しかしながら、振動部から引き出されて中間剛性部に結合される２つの接続部が、左右対称に屈曲振動する限り、振動部の輪郭のいずれの位置からも引き出しても良い。その場合にも、上記実施例と同様に、振動漏れを低減して、Ｑ値及びＣＩ値を改善することができる。
【００５１】
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、上記各実施例のようなラーメモードだけでなく、輪郭すべり振動モードの輪郭振動片についても、本発明を同様に適用することができる。また、輪郭振動片の振動部は、正方形又はそれを連ねた長方形にする必要がなく、輪郭振動するものであれば、どのような形態であっても良い。更に、圧電材料だけでなく、シリコン材料、ガラス材料のようにＭＥＭＳ（微小電気機械素子）に使用されている様々な材料を用いて、本発明の輪郭振動片を形成することができる。その場合、圧電材料膜をシリコン材料等の振動片に貼り付けて電気的に駆動したり、振動片と電極との間で静電駆動するような様々な構造であっても良い。
【符号の説明】
【００５２】
１，５…輪郭振動片、２，６，１２，２８，３０，３２，４２…振動部、３，７，１３，１３ａ〜１３ｄ，４３…接続部、４，８，１６，１６ａ，１６ｂ，２４，２４ａ，２４ｂ，４６，４６ａ，５２…支持部、１１，２１，２７，２９，３１，３３，４１，５１…輪郭圧電振動片、１４，１４ａ，１４ｂ，４４ａ，４４ｂ…中間剛性部、１５，１５ａ，１５ｂ，４５ａ，４５ｂ…連結部、１７ａ〜１７ｄ…Ｙ字形部分、２２，３５…支持フレーム、２５ａ，２５ｂ，５３ａ，５３ｂ…第２中間剛性部、２６ａ〜２６ｄ，５４ａ，５４ｂ…第２連結部、２８ａ，３０ａ，３０ｂ，３２ａ〜３２ｃ…正方形、４３ａ，４３ｂ…部分。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラーメモードや輪郭すべり振動モードで輪郭振動する輪郭振動片に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ラーメモードや輪郭すべり振動モードの輪郭振動子は、１００ｋＨｚレベルまでの低周波数で振動する音叉型水晶振動子と、１０ＭＨｚ以上の比較的高周波数で振動する厚みすべり振動モードのＡＴカット水晶振動子との中間範囲にある数ＭＨｚの周波数で振動する。ラーメモードの輪郭圧電振動子は、正方形又は複数の正方形を連ねた方形平板の圧電基板からなる振動部と支持部とそれらを振動の節点で接続する接続部とを一体に備える（例えば、特許文献１を参照）。輪郭すべり振動モードの輪郭圧電振動子も、ラーメモードの振動子と同様に、正方形平板の圧電基板からなる振動部と支持部とそれらを接続する接続部とを備える（例えば、特許文献２，３を参照）。
【０００３】
ラーメモードの輪郭振動では、振動部が、その表裏主面に互いに異極となるように形成した１対の励振電極に電流を印加して励振すると、正方形の４つの角部と中心とを節点として面内で、対向する一方の２辺と他方の２辺とが交互に外向き又は内向きに伸縮する。これに対し、輪郭すべり振動では、振動部が、その一方の主面に縦方向及び横方向の中心線に沿って分割された４つの励振電極に、その対角位置にあるもの同士が同極でかつ隣接するもの同士が互いに異極となるように、電流を印加して励振すると、その中心を節点として面内で、正方形の一方の対角方向と他方の対角方向とで交互に伸縮する。
【０００４】
このような輪郭振動を行う輪郭振動片は、輪郭振動の節点の周りに発生するモーメント力によって、振動部と支持部との接続部に屈曲振動が発生し、振動部からの振動漏れを生じて等価直列抵抗が大きくなり、Ｑ値を低下させる虞がある。また、接続部をより細く形成すると、振動漏れを小さくできるが、強度又は剛性が低下するために、耐衝撃性が劣化する虞がある。
【０００５】
等価直列抵抗値を低減化させるために、四角形状の振動本体部をその端部に位置する振動の節点で支持しかつ振動本体部の表面及び裏面に形成した励振電極への電圧の供給ラインとなる接続部を、該接続部を介して振動本体部を支持する端子電極部に向けて長く延ばして形成し、振動本体部内で発生するラーメモード振動に対する抵抗力を減少させたラーメモード振動の水晶振動子が提案されている（例えば、特許文献４を参照）。特許文献４によれば、振動本体部の節点から引き出した接続部を途中で屈曲させ、かつ振動本体部近傍に設けた端子電極部に向けて長く延ばすことによって、振動子全体のサイズ拡張を抑えて小型化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１１５７４７号公報
【特許文献２】特公平８−３１７５８号公報
【特許文献３】特開２００６−３１１４４３号公報
【特許文献４】特開２００４−２４２２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１２及び図１３は、特許文献４に記載されるように、振動部から引き出した接続部を屈曲させて、該振動部を支持するための支持部に向けて長く延長させたラーメモードの輪郭振動片をそれぞれ例示している。図１２（Ａ）の輪郭振動片１は、３つの正方形を連ねた長方形の振動部２を有し、その振動の節点である４つの角部から接続部３が、それぞれ前記長方形の短辺に沿って外向きに引き出されている。各接続部３は、Ｌ字状に略直角に屈曲され、振動部２の前記長方形の長辺に沿って該長辺の中央付近の支持部４まで延長している。図１３（Ａ）の輪郭振動片５は、３つの正方形を連ねた長方形の振動部６の振動の節点である４つの角部から、接続部７がそれぞれ前記長方形の短辺に対して略４５°の角度で外向きに引き出されている。各接続部７は、Ｖ字状に略４５°の角度で折り返すように屈曲され、振動部２の前記長方形の短辺と平行に該短辺の中央付近の支持部８まで延長している。
【０００８】
図１２（Ｂ）及び図１３（Ｂ）は、それぞれ輪郭振動片１，５について、ラーメモードで振動させたときの振動姿態を有限要素法で解析した結果を示している。図１２（Ｂ）に示すように、輪郭振動片１は、各接続部３が、振動部２の輪郭振動に対応して該振動部の前記各角部を支点に屈曲振動し、その屈曲振動がＬ字状屈曲部を介して支持部４まで伝達されている。輪郭振動片５も同様に、図１３（Ｂ）に示すように、各接続部７が、振動部６の輪郭振動に対応して該振動部の前記各角部を支点に屈曲振動し、その屈曲振動がＶ字状屈曲部を介して支持部８まで伝達されている。
【０００９】
これらの輪郭振動片１，５について、支持部４，８を固定した場合の固有周波数Ｆc と前記支持部を固定しないで自由にした場合の固有周波数Ｆf とを算出し、それらの差から周波数変動量ΔＦ＝（Ｆc−Ｆf）／Ｆf を求めた。得られた周波数変動量ΔＦは、図１２（Ａ）の輪郭振動片１が約−１２５ppm 、図１３（Ａ）の輪郭振動片５が約＋６０ppm であり、いずれも実用されている音叉型圧電振動子に比して１桁以上大きい値を示した。これらの結果から、上記従来の輪郭振動子は、接続部から比較的大きい振動漏れを生じることが分かった。
【００１０】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、振動部の支持構造を改良することにより、振動部から接続部を介して生じる振動漏れを大幅に低減させて、Ｑ値及びＣＩ値の向上を実現し得る輪郭振動片を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の輪郭振動片は、上記目的を達成するために、輪郭振動する振動部と、該振動部の輪郭のそれぞれ異なる位置から外向きに引き出された複数の接続部と、振動部の輪郭振動により互いに同じ大きさで逆向きに屈曲振動する２つの隣接する接続部に結合されかつ少なくとも該接続部より高い面内剛性を有する中間剛性部と、該中間剛性部から振動部側とは反対方向に延長する狭幅の連結部と、振動部を支持するために連結部に結合されかつ少なくとも該連結部より高い面内剛性を有する支持部とを備えることを特徴とする。
【００１２】
中間剛性部は、互いに同じ大きさで逆向きに屈曲振動するように結合された２つの接続部から、大きさが同じで逆向きの回転モーメントを受けるが、それら接続部よりも高い面内剛性を有するので、その横方向に作用する成分が互いに相殺され、縦方向成分だけが残ることになる。残った縦方向成分の力だけが、そのまま連結部から支持部に伝達されるので、接続部から支持部への振動漏れが従来に比して大幅に低減され、輪郭振動片のＱ値及びＣＩ値を大幅に改善することができる。
【００１３】
或る実施例では、連結部に結合されかつ少なくとも該連結部より高い面内剛性を有する第２中間剛性部と、該第２中間剛性部から連結部と直交する向きに延長して支持部に結合する第２連結部とを更に有することにより、連結部を介して伝達される縦方向成分の力を第２連結部の屈曲振動に変換することができ、かつ各第２連結部の屈曲振動が互いに同じ大きさで逆向きになることから、支持部に伝達される縦方向成分の力を相殺することができる。これにより、接続部から支持部への振動漏れをより一層低減させ、輪郭振動片のＱ値及びＣＩ値を更に改善することができる。
【００１４】
別の実施例では、中間剛性部に結合する２つの隣接する接続部が、振動部から互いに平行に延長することにより、中間剛性部において、これら接続部から受ける横方向成分の力をほぼ完全に相殺させることができる。
【００１５】
更に別の実施例によれば、中間剛性部に結合する２つの隣接する接続部が、振動部から互いに同じ傾斜角度でかつ左右対称に延長することにより、中間剛性部において、これら接続部から受ける横方向成分の力は一部しか相殺できないが、振動片の形状をより自由に設計することができる。
【００１６】
また、別の実施例では、連結部が、その軸線方向に作用する力に対して該軸線方向に変位する緩衝部を有することにより、連結部から支持部に伝達される縦方向成分の力を減衰させることができる。
【００１７】
また、或る実施例では、支持部が枠状に形成され、かつ振動片全体を囲繞するように最も外側に配置されていることにより、振動部の励振によって振動片全体に生じ得る変位が有効に分散されて上下左右いずれの方向にもバランスし、安定した輪郭振動を得ることができ、かつパッケージ等のマウント部に対して、より確実にかつ安定して固定することができる。
【００１８】
本発明の輪郭振動片は、振動部を１つの正方形とすることによって、１次モードの輪郭振動を行い、又は複数の正方形を連ねた方形とすることによって、所望の高次モードで輪郭振動させることができる。
【００１９】
更に別の実施例によれば、輪郭振動片は、従来公知の製造加工技術を利用して、水晶等の圧電材料から一体に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（Ａ）図は本発明による輪郭振動片の第１実施例の概略平面図、（Ｂ）図はその振動姿態を示す説明図。
【図２】第１実施例の変形例を示す概略平面図。
【図３】第１実施例の別の変形例を示す概略平面図。
【図４】第１実施例の更に別の変形例を示す概略平面図。
【図５】第１実施例の別の変形例を示す概略平面図。
【図６】第１実施例の更に別の変形例を示す概略平面図。
【図７】（Ａ）図は図４の実施例の変形例を示す概略平面図、（Ｂ）図はその振動姿態を示す説明図。
【図８】図７の実施例の変形例を示す概略平面図。
【図９】図８の実施例の変形例を示す概略平面図。
【図１０】（Ａ）図は本発明による輪郭振動片の第２実施例の概略平面図、（Ｂ）図はその振動姿態を示す説明図。
【図１１】第２実施例の変形例を示す概略平面図。
【図１２】（Ａ）図は従来の輪郭振動片の概略平面図、（Ｂ）図はその振動姿態を示す説明図。
【図１３】（Ａ）図は従来の別の輪郭振動片の概略平面図、（Ｂ）図はその振動姿態を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。尚、添付図面において、同一又は類似の構成要素には同一又は類似の参照符号を付して説明する。
図１（Ａ）は、本発明による輪郭振動片の第１実施例である輪郭圧電振動片１１を概略的に示している。圧電振動片１１は、単一の正方形からなる振動部１２を有し、１次モードのラーメモードで輪郭振動する。振動部１２の振動の節点である４つの角部から、それぞれ同じ細幅及び長さの接続部１３ａ〜１３ｄが、前記振動部の左右各辺に沿って外向きに延長している。
【００２２】
図中上側の接続部１３ａ，１３ｂは、その先端で前記振動部の全幅に亘って延在する中間剛性部１４ａの両端に結合している。中間剛性部１４ａは、前記振動部の縦方向（図中、上下方向）に前記接続部の幅より十分に大きい縦寸法の矩形形状に形成され、少なくとも前記接続部よりも高い面内剛性を有する。中間剛性部１４ａの上辺中央には、該中間剛性部よりも十分に狭幅で縦方向に真直ぐに延長する連結部１５ａが結合され、その先端に支持部１６ａが結合されている。支持部１６ａは、図示するように中間剛性部１４ａと略同じ幅で十分な縦寸法を有する矩形形状に形成されており、高い面内剛性と大きい質量負荷とを有する。このように連結部１５ａに対する高い面内剛性と、好ましくは更に該連結部よりも大きい質量負荷を有するものであれば、支持部１６ａは本実施例以外の様々な形状・寸法に形成することができる。
【００２３】
圧電振動片１１は、振動部１２を挟んで上下対称に形成されている。従って、図中下側の接続部１３ｃ，１３ｄも、その先端が、上側の中間剛性部１４ａと同じ寸法形状を有しかつ高い面内剛性を発揮する中間剛性部１４ｂに結合されている。中間剛性部１４ｂの下辺中央には、該中間剛性部より十分に狭幅の連結部１５ｂが結合され、その先端には支持部１６ｂが結合されている。支持部１６ｂは、上側の支持部１６ａと同じ寸法形状を有するが、同様に連結部１５ｂに対して高い面内剛性と、好ましくは更に該連結部よりも大きい質量負荷とを有するものであれば、様々な形状寸法に形成することができる。圧電振動片１１は、従来の加工方法を用いて水晶等の圧電材料で一体に形成することができる。
【００２４】
図示しないが、振動部１２の表面及び裏面には、略全面に互いに異極となる１対の励振電極が形成されている。圧電振動片１１は、前記励振電極に所定の電流を印加して励振すると、図１（Ｂ）に示すように、振動部１２が、正方形の各角部を節点として面内で、互いに対向する一方の２辺と他方の２辺が交互に外向きに伸張し又は内向きに圧縮するラーメモードの輪郭振動を行う。ここで、上述したように圧電振動片１１は上下対称に形成されているので、その支持構造に振動が及ぼす影響は、上側の前記接続部、プレート部、連結部及び支持部についてのみ以下に説明する。このとき、各支持部１６ａ，１６ｂはパッケージ等のマウント部に固定されているものとする。
【００２５】
同図に示すように、接続部１３ａ，１３ｂは、振動部１２の上辺が内向き即ち圧縮する向きに変位すると、それぞれ内側へ回転する向きに、逆に前記上辺が外向き即ち伸張する向きに変位すると、それぞれ外側へ回転する向きに屈曲振動する。そのため、接続部１３ａ，１３ｂと結合された中間剛性部１４ａの左右両端部分には、前記接続部の屈曲振動に対応して回転モーメントが作用する。この回転モーメントは、各接続部１３ａ，１３ｂの寸法が同じであるから、互いに大きさが同じで向きが逆である。
【００２６】
中間剛性部１４ａは高い面内剛性を有するので、前記接続部の屈曲振動により該中間剛性部の左右両端から作用する力の幅方向成分が互いに相殺され、縦方向成分だけが残る。残った縦方向成分の力は、そのまま連結部１５ａに伝達される。連結部１５ａは、中間剛性部１４ａの上辺中央から縦方向に真直ぐ延長しているので、幅方向に屈曲することなく、前記縦方向成分の力を支持部１６ａに伝達する。
【００２７】
このように本実施例の輪郭圧電振動片１１は、振動部１２の輪郭振動が、接続部１３ａ〜１３ｄから中間剛性部１４ａ，１４ｂに伝達される際に部分的に相殺される。残った縦方向成分の力は、前記中間剛性部から連結部１５ａ，１５ｂに伝達される際に、不要な屈曲振動等の振動モードを生じない。その結果、支持部１６ａ，１６ｂへの振動漏れが、従来に比して大幅に低減される。従って、圧電振動片１１のＱ値及びＣＩ値を大幅に改善することができる。
【００２８】
図２は、第１実施例の変形例を示している。この変形例の輪郭圧電振動片１１は、各連結部１５ａ，１５ｂが、それぞれ２つのＹ字形部分１７ａ〜１７ｄからなり、かつ前記２つのＹ字形部分の分岐した先端部同士を互いに結合させて菱形の緩衝部を中間に有するように形成されている。前記菱形緩衝部は、中間剛性部１４ａ，１４ｂから伝達される前記縦方向成分の力によって、縦方向に圧縮又は伸張する向きに変位する。その結果、前記中間剛性部から支持部１６ａ，１６ｂに伝達される前記縦方向成分の力が幾分減衰される。従って、前記支持部１６ａ，１６ｂへの振動漏れが更に低減され、圧電振動片１１のＱ値及びＣＩ値をより一層改善することができる。
【００２９】
図３は、第１実施例の別の変形例を示している。この変形例の輪郭圧電振動片２１は、単一の正方形の振動部１２の各角部からそれぞれ縦方向及び幅方向の外向きに延長するように８つの接続部１３が形成されている。振動部１２の各辺両端から平行に延長する各２つの接続部１３の先端には、それぞれ第１実施例と同じ寸法形状で少なくとも前記接続部よりも高い面内剛性の中間剛性部１４が結合されている。各中間剛性部１４の振動部１２と反対側の辺の中央には、それと直交する向きに狭幅の連結部１５がそれぞれ形成され、その先端が外側に配置した正方形の支持フレーム２２に結合されている。
【００３０】
これにより、上記各実施例と同様に、輪郭振動する振動部１２からの振動漏れを低減させつつ、該振動部の励振によって振動片全体に生じ得る変位が有効に分散されて上下左右いずれの方向にもバランスし、安定した輪郭振動を得ることができ、更に前記振動部をより確実にかつ安定して支持固定することができる。この支持フレーム２２は、特にその両面にプレート部材を接着してパッケージ化し、その内部に前記振動部を封止する場合に有利である。
【００３１】
図４は、第１実施例の更に別の変形例を示している。この変形例の輪郭圧電振動片２３は、振動部１２を固定支持するための支持部２４が、その幅方向の一方の側に沿って縦方向に延長するように設けられている。各連結部１５ａ，１５ｂの先端には、第１実施例の支持部１６ａ，１６ｂに代えて、第２中間剛性部２５ａ，２５ｂが結合されている。第２中間剛性部２５ａ，２５ｂは、第１中間剛性部１４ａ，１４ｂと同様に高い面内剛性を有するように、十分な幅及び縦寸法の矩形形状に形成されている。前記第２中間剛性部の支持部２４側の側辺には、該第２中間剛性部の縦寸法より狭幅の第２連結部２６ａ，２６ｂが、幅方向に延長して支持部２４の縦方向の両端に結合するように形成されている。
【００３２】
第１実施例の支持部１６ａ，１６ｂについて上述したように、連結部１５ａ，１５ｂから前記第２中間剛性部には、縦方向成分の力のみが作用する。この縦方向成分の力によって、第２連結部２６ａ，２６ｂは、支持部２４との結合部分を支点にして屈曲振動する。支持部２４の縦方向の両端には、前記第２連結部の屈曲振動によって、同じ大きさで逆向きの回転モーメントが作用する。支持部２４は、その幅寸法が少なくとも前記第２連結部の幅よりも大きいので、高い面内剛性を発揮する。その結果、前記第２連結部の屈曲振動により支持部２４の縦方向両端から作用する力の縦方向成分が互いに相殺されるので、支持部２４への振動漏れが更に減少する。従って、第１実施例よりも、更にＱ値及びＣＩ値を改善することができる。
【００３３】
図５は、第１実施例の別の変形例を示している。上記各実施例の圧電振動片が１次モードの輪郭振動であるのに対し、この変形例の輪郭圧電振動片２７は、２つの正方形を横方向に連ねた長方形の振動部２８を有し、２次モードの輪郭振動を行う。図示するように、振動部２８は、図１の圧電振動片１１の振動部１２の左側に追加の正方形２８ａを１つ連結するように形成される。このように、本発明は２次モードの輪郭振動を行う輪郭圧電振動片についても適用することができる。
【００３４】
図６は、第１実施例の更に別の変形例を示している。この変形例の輪郭圧電振動片２９は、３つの正方形を横方向に連ねた長方形の振動部３０を有し、３次モードの輪郭振動を行う。図示するように、振動部２８は、図１の圧電振動片１１の振動部１２の左右両側に追加の正方形３０ａ，３０ｂを各１つ連結するように形成される。このように、本発明は３次モードの輪郭振動を行う輪郭圧電振動片についても適用することができる。
【００３５】
図７（Ａ）は、図４の実施例の変形例を示している。図４の実施例では、振動部１２が単一の正方形からなるのに対し、この変形例の輪郭圧電振動片３１は、３つの正方形３２ａ〜３２ｃを縦方向に連ねた長方形の振動部３２を有し、図７（Ｂ）に示すように３次モードの輪郭振動を行う。このとき、支持部２４はパッケージ等のマウント部に固定されているものとする。
【００３６】
振動部３２の上側及び下側の正方形３２ａ，３２ｃは、同相に輪郭振動する。従って、図４の実施例と同様に、支持部２４の縦方向両端には、振動部３２の輪郭振動による第２連結部２６ａ，２６ｂの屈曲振動によって、同じ大きさで逆向きの回転モーメントが作用する。その結果、支持部２４の縦方向両端から作用する力の縦方向成分が互いに相殺されるので、支持部２４への振動漏れが減少し、Ｑ値及びＣＩ値をより一層改善することができる。
【００３７】
図８は、図７の実施例の変形例を示している。この変形例の輪郭圧電振動片３３は、振動部３２の幅方向の両側に沿って縦方向に延長する支持部２４ａ，２４ｂが設けられている。第２中間剛性部２５ａ，２５ｂも、幅方向の両側辺に該第２中間剛性部の縦寸法より狭幅の第２連結部２６ａ〜２６ｄが、幅方向に延長しかつ対応する支持部２４ａ，２４ｂの縦方向の両端に結合するように形成されている。これによって、前記各第２中間剛性部が連結部１５ａ，１５ｂから受ける縦方向成分の力を、それぞれ左右の前記第２連結部に半分ずつ分割することができる。従って、圧電振動片３３全体として、第２連結部２６ａ〜２６ｄの屈曲振動による変位を左右対称にバランスし、より安定した輪郭振動が得られる。
【００３８】
図９は、図８の実施例の変形例を示している。この変形例の輪郭圧電振動片３４は、振動部３２の幅方向両側の支持部２４ａ，２４ｂに代えて、振動部３２の外側に矩形枠状の支持フレーム３５が設けられている。支持フレーム３５は、少なくとも第２連結部２６ａ〜２６ｄの幅よりも大きい幅を有し、該第２連結部と一体に結合されている。これによって、振動部３２の励振によって振動片全体に生じ得る変位が有効に分散されて上下左右いずれの方向にもバランスし、安定した輪郭振動を得ることができると共に、振動部をより確実にかつ安定して支持固定することができる。この支持フレーム３５は、特にその両面にプレート部材を接着してパッケージ化し、その内部に前記振動部を封止する場合に有利である。
【００３９】
図１０（Ａ）は、本発明による輪郭振動片の第２実施例である１次モードの輪郭圧電振動片を概略的に示している。第２実施例の輪郭圧電振動片４１は、第１実施例と同様に単一の正方形からなる振動部４２を有し、１次モードのラーメモードで輪郭振動する。振動部４２には、その振動の節点である４つの角部にそれぞれ接続部４３が一体に結合している。各接続部４３は、それぞれ幅方向外向きに同じ傾斜角度で開くように同じ長さだけ延長する部分４３ａと、それから幅方向内向きに同じ角度で屈曲して同じ長さだけ折り返す部分４３ｂとからＬ字状に形成されている。
【００４０】
図中上側の接続部４３は、その先端で前記振動部の幅方向に延在する中間剛性部４４ａの両端に結合している。中間剛性部４４ａは、前記接続部の幅より十分に大きい縦寸法の矩形形状に形成され、少なくとも前記接続部よりも高い面内剛性を有する。中間剛性部４４ａの上辺中央には、該中間剛性部よりも十分に狭幅で縦方向に真直ぐに延長する連結部４５ａが結合され、その先端に支持部４６ａが結合されている。支持部４６ａは、中間剛性部４４ａより大きい幅及び縦寸法を有する矩形形状に形成され、それより高い面内剛性と大きい質量負荷を有する。
【００４１】
圧電振動片４１は、振動部４２を挟んで上下対称に形成されている。従って、図中下側の接続部４３も、その先端が、上側の中間剛性部４４ａと同じ寸法形状で高い面内剛性を発揮する中間剛性部４４ｂに結合されている。中間剛性部４４ｂの下辺中央には、該中間剛性部より十分に狭幅の連結部４５ｂが結合され、その先端には支持部４６ｂが結合されている。支持部４６ｂは、上側の支持部４６ａと同じ寸法形状に形成されているが、高い面内剛性と、好ましくは更に連結部４５ｂより大きい質量負荷を有するものであれば、他の様々な形状寸法に形成することができる。圧電振動片４１は、従来の加工方法を用いて水晶等の圧電材料で一体に形成することができる。
【００４２】
振動部４２の表面及び裏面には、第１実施例と同様に、略全面に互いに異極となる１対の励振電極が形成されている。圧電振動片４１は、前記励振電極に所定の電流を印加して励振すると、図１０（Ｂ）に示すように、振動部４２が、正方形の各角部を節点として面内で、互いに対向する一方の２辺と他方の２辺が交互に外向きに伸張し又は内向きに圧縮するラーメモードの輪郭振動を行う。ここで、上述したように圧電振動片４１は上下対称に形成されているので、その支持構造に振動が及ぼす影響は、上側の前記接続部、プレート部、連結部及び支持部についてのみ以下に説明する。このとき、各支持部４６ａ，４６ｂはパッケージ等のマウント部に固定されているものとする。
【００４３】
同図に示すように、接続部４３は、振動部４２の上辺が外向き即ち伸張する向きに変位すると、振動部との結合部分を支点として部分４３ａがそれぞれ外側へ回転する向きに屈曲し、かつ屈曲部分を支点として部分４３ｂがそれぞれ内側へ回転する向きに屈曲する。逆に前記上辺が内向き即ち圧縮する向きに変位すると、部分４３ａがそれぞれ振動部との結合部分を支点に内側へ回転する向きに屈曲し、かつ部分４３ｂが屈曲部分を支点にそれぞれ外側へ回転する向きに屈曲する。このように各接続部４３の屈曲振動は、その屈曲部で変位を生じるので、幾分減衰されることになる。
【００４４】
接続部４３と結合された中間剛性部４４ａの左右両端部分には、前記接続部の屈曲振動に対応して回転モーメントが作用する。この回転モーメントは、各接続部４３の寸法が同じであるから、互いに大きさが同じで向きが逆である。
【００４５】
中間剛性部４４ａは高い面内剛性を有するので、前記接続部の屈曲振動により該中間剛性部の左右両端から作用する力の幅方向成分が互いに相殺され、縦方向成分だけが残る。残った縦方向成分の力は、そのまま連結部４５ａに伝達される。連結部４５ａは、中間剛性部４４ａの上辺中央から縦方向に真直ぐ延長しているので、幅方向に屈曲することなく、前記縦方向成分の力を支持部４６ａに伝達する。
【００４６】
このように本実施例の輪郭圧電振動片４１は、振動部１２の輪郭振動が、接続部４３から中間剛性部４４ａ，４４ｂに伝達される際に部分的に相殺される。残った縦方向成分の力は、前記中間剛性部から連結部４５ａ，１４５ｂに伝達される際に、不要な屈曲振動等の振動モードを生じない。その結果、支持部４６ａ，４６ｂへの振動漏れが、従来に比して大幅に低減される。従って、圧電振動片４１のＱ値及びＣＩ値を大幅に改善することができる。
【００４７】
図１１は、第２実施例の変形例を示している。この変形例の輪郭圧電振動片５１は、図４の実施例と同様に、振動部４２を固定支持するための支持部５２が、その幅方向の一方の側に沿って縦方向に延長するように設けられている。各連結部４５ａ，４５ｂの先端には、第２実施例の支持部４６ａ，４６ｂに代えて、第２中間剛性部５３ａ，５３ｂが結合されている。第２中間剛性部５３ａ，５３ｂは、支持部４６ａ，４６ｂと同様に、振動部４２と略同じ幅で十分な縦寸法を有する矩形形状に形成され、第１中間剛性部４４ａ，４４ｂと同様に高い面内剛性を有する。前記第２中間剛性部の支持部５２側の側辺には、該第２中間剛性部の縦寸法より狭幅の第２連結部５４ａ，５４ｂが、幅方向に延長して支持部５２の縦方向の両端に結合するように形成されている。
【００４８】
第２実施例の支持部４６ａ，４６ｂについて上述したように、連結部４５ａ，４５ｂから前記第２中間剛性部には、縦方向成分の力のみが作用する。この縦方向成分の力によって、第２連結部５３ａ，５３ｂは、支持部５２との結合部分を支点にして屈曲振動する。支持部５２の縦方向の両端には、前記第２連結部の屈曲振動によって、同じ大きさで逆向きの回転モーメントが作用する。支持部５２は、その幅寸法が少なくとも前記第２連結部の幅よりも大きいので、高い面内剛性を発揮する。その結果、前記第２連結部の屈曲振動により支持部５２の縦方向両端から作用する力の縦方向成分が互いに相殺されるので、支持部５２への振動漏れが更に減少する。従って、第１実施例よりも、更にＱ値及びＣＩ値を改善することができる。
【００４９】
上記各実施例についても、同様に解析を行い、前記各支持部を固定した場合の固有周波数Ｆc と該支持部を固定しないで自由にした場合の固有周波数Ｆf とを算出し、それらの差から周波数変動量ΔＦ＝（Ｆc−Ｆf）／Ｆf を求めた。得られた周波数変動量ΔＦは、図１２（Ａ）、図１３（Ａ）の従来の輪郭振動片に比して１桁以上小さい値を示した。その結果から、本発明の輪郭振動片は、いずれも振動漏れを大幅に改善できることが確認された。
【００５０】
上記各実施例では、振動部から接続部を引き出す位置を、ラーメモードの振動を安定させるために、振動部の節点に設けた。しかしながら、振動部から引き出されて中間剛性部に結合される２つの接続部が、左右対称に屈曲振動する限り、振動部の輪郭のいずれの位置からも引き出しても良い。その場合にも、上記実施例と同様に、振動漏れを低減して、Ｑ値及びＣＩ値を改善することができる。
【００５１】
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、上記各実施例のようなラーメモードだけでなく、輪郭すべり振動モードの輪郭振動片についても、本発明を同様に適用することができる。また、輪郭振動片の振動部は、正方形又はそれを連ねた長方形にする必要がなく、輪郭振動するものであれば、どのような形態であっても良い。更に、圧電材料だけでなく、シリコン材料、ガラス材料のようにＭＥＭＳ（微小電気機械素子）に使用されている様々な材料を用いて、本発明の輪郭振動片を形成することができる。その場合、圧電材料膜をシリコン材料等の振動片に貼り付けて電気的に駆動したり、振動片と電極との間で静電駆動するような様々な構造であっても良い。
【符号の説明】
【００５２】
１，５…輪郭振動片、２，６，１２，２８，３０，３２，４２…振動部、３，７，１３，１３ａ〜１３ｄ，４３…接続部、４，８，１６，１６ａ，１６ｂ，２４，２４ａ，２４ｂ，４６，４６ａ，５２…支持部、１１，２１，２７，２９，３１，３３，４１，５１…輪郭圧電振動片、１４，１４ａ，１４ｂ，４４ａ，４４ｂ…中間剛性部、１５，１５ａ，１５ｂ，４５ａ，４５ｂ…連結部、１７ａ〜１７ｄ…Ｙ字形部分、２２，３５…支持フレーム、２５ａ，２５ｂ，５３ａ，５３ｂ…第２中間剛性部、２６ａ〜２６ｄ，５４ａ，５４ｂ…第２連結部、２８ａ，３０ａ，３０ｂ，３２ａ〜３２ｃ…正方形、４３ａ，４３ｂ…部分。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
輪郭振動する振動部と、
前記振動部の輪郭のそれぞれ異なる位置から外向きに引き出された複数の接続部と、
前記振動部の輪郭振動によって互いに同じ大きさで逆向きに屈曲振動する２つの隣接する前記接続部に結合され、かつ少なくとも前記接続部より高い面内剛性を有する中間剛性部と、
前記中間剛性部から前記振動部側とは反対方向に延長する狭幅の連結部と、
前記振動部を支持するために前記連結部に結合され、かつ少なくとも前記連結部より高い面内剛性を有する支持部とを備えることを特徴とする輪郭振動片。
【請求項２】
前記連結部に結合され、かつ少なくとも該連結部より高い面内剛性を有する第２中間剛性部と、前記第２中間剛性部から前記連結部と直交する向きに延長して前記支持部に結合する第２連結部とを更に有することを特徴とする請求項１記載の輪郭振動片。
【請求項３】
前記中間剛性部に結合する前記２つの隣接する接続部が、前記振動部から互いに平行に延長することを特徴とする請求項１又は２記載の輪郭振動片。
【請求項４】
前記中間剛性部に結合する前記２つの隣接する接続部が、前記振動部から互いに同じ傾斜角度でかつ左右対称に延長することを特徴とする請求項１又は２記載の輪郭振動片。
【請求項５】
前記連結部が、その軸線方向に作用する力に対して該軸線方向に変位する緩衝部を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の輪郭振動片。
【請求項６】
前記支持部が枠状に形成されかつ最も外側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の輪郭振動片。
【請求項７】
前記振動部が１つの正方形又は複数の正方形を連ねた方形をなすことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載の輪郭振動片。
【請求項８】
圧電材料で一体に形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか記載の輪郭振動片。
【請求項１】
輪郭振動する振動部と、
前記振動部の輪郭のそれぞれ異なる位置から外向きに引き出された複数の接続部と、
前記振動部の輪郭振動によって互いに同じ大きさで逆向きに屈曲振動する２つの隣接する前記接続部に結合され、かつ少なくとも前記接続部より高い面内剛性を有する中間剛性部と、
前記中間剛性部から前記振動部側とは反対方向に延長する狭幅の連結部と、
前記振動部を支持するために前記連結部に結合され、かつ少なくとも前記連結部より高い面内剛性を有する支持部とを備えることを特徴とする輪郭振動片。
【請求項２】
前記連結部に結合され、かつ少なくとも該連結部より高い面内剛性を有する第２中間剛性部と、前記第２中間剛性部から前記連結部と直交する向きに延長して前記支持部に結合する第２連結部とを更に有することを特徴とする請求項１記載の輪郭振動片。
【請求項３】
前記中間剛性部に結合する前記２つの隣接する接続部が、前記振動部から互いに平行に延長することを特徴とする請求項１又は２記載の輪郭振動片。
【請求項４】
前記中間剛性部に結合する前記２つの隣接する接続部が、前記振動部から互いに同じ傾斜角度でかつ左右対称に延長することを特徴とする請求項１又は２記載の輪郭振動片。
【請求項５】
前記連結部が、その軸線方向に作用する力に対して該軸線方向に変位する緩衝部を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の輪郭振動片。
【請求項６】
前記支持部が枠状に形成されかつ最も外側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の輪郭振動片。
【請求項７】
前記振動部が１つの正方形又は複数の正方形を連ねた方形をなすことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載の輪郭振動片。
【請求項８】
圧電材料で一体に形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか記載の輪郭振動片。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１】
【図７】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１】
【図７】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−２３２９４３（Ｐ２０１０−２３２９４３Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７７８７８（Ｐ２００９−７７８７８）
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【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１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【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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