專利名稱:彎曲振動片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及用于例如振子或諧振子、振蕩器、陀螺儀、各種傳感器等各種壓電器件 和其它電子器件的在彎曲振動模式下振動的彎曲振動片。
背景技術(shù):
以往,在音叉型壓電振動片那樣的彎曲振動模式壓電振動片中,廣泛采用這樣的 構(gòu)造在振動臂的正面和/或反面形成長度方向的槽部,且在該槽部的內(nèi)面對激勵電極進 行成膜(例如,參照專利文獻1)。對于這樣的振動臂,在其側(cè)面的激勵電極與槽部內(nèi)的激勵 電極之間以廣泛分布在振動臂的剖面上的方式產(chǎn)生電場,電場效率大幅度提高,因此即使 使振動片小型化,振動損失也很少,能夠?qū)I值抑制得很低。另外,對于彎曲振動模式的壓電振動片,如果在使振動臂彎曲激勵時產(chǎn)生振動能 量損失,則將導(dǎo)致CI值增加或Q值下降等性能下降。公知有這樣的音叉型石英振動片為 了防止或減少這樣的振動能量損失,在振動臂延伸出的基部的兩側(cè)部形成切入部或規(guī)定深 度的切入槽(參照專利文獻2、3)。當(dāng)振動臂的振動包含與其主面垂直的方向即面外方向的 分量時,基部的切入部或切入槽緩解從基部泄漏的振動,從而提高振動能量的封閉效果,抑 制CI值增大且防止振動片間的CI值偏差。還會由于熱傳導(dǎo)而產(chǎn)生振動能量損失,該熱傳導(dǎo)是由于在彎曲振動的振動臂的壓 縮部與受到拉伸應(yīng)力的拉伸部之間產(chǎn)生的溫度差而引起的。因該熱傳導(dǎo)而產(chǎn)生的Q值降低 被稱為熱彈性損失效應(yīng),公知有這樣的音叉型振子該音叉型振子為了防止或抑制該Q值 降低,在具有矩形剖面的振動臂(振動梁)的中心線上形成槽或孔來阻止熱傳導(dǎo)(例如參 照專利文獻4)。專利文獻1 國際公開W000/44092號公報專利文獻2 日本特開2002-261575號公報專利文獻3 日本特開2004-260718號公報專利文獻4 日本實愿昭63-110151號說明書但是,當(dāng)如專利文獻4記載那樣在振動臂上形成貫通孔時,其剛性顯著降低,因此 不理想。另外,對于如上述現(xiàn)有技術(shù)那樣在振動臂的正反主面的中心線上形成槽部的壓電 振動片,難以充分防止或抑制熱彈性效應(yīng)引起的Q值降低。因此,本申請的發(fā)明者們提出了這樣的結(jié)構(gòu)在彎曲振動片中,從基部延伸進行彎 曲振動的、剖面矩形的彎曲振動部即振動臂具有彼此對置且因彎曲振動而交替伸縮的第1 面和第2面、以及彼此對置且分別設(shè)有槽部的第3面和第4面,使各槽部的深度小于第3面 與第4面間的距離且使兩槽部的深度之和大于第3面與第4面間的距離,并且將兩槽部配 置在第1面與第2面間。這樣地設(shè)置槽部使振動臂的剖面形成為S字形,由此進一步延長 第1面與第2面間的熱移動路徑,從而進一步延長截至產(chǎn)生在振動臂的拉伸部與壓縮部間 的溫度差因熱傳導(dǎo)而得到緩解為止的時間,抑制了熱彈性效應(yīng)引起的Q值變動。但是,已知這樣的情況對于這樣形成有槽部的、剖面s字形的振動臂,在使其彎曲振動時,有時不僅在包含形成有槽部的主面的面內(nèi)方向上產(chǎn)生位移,在與該主面垂直的 方向上也產(chǎn)生位移。圖9以及圖10示意地示出這樣的具有剖面S字形的振動臂的音叉形 壓電振動片的結(jié)構(gòu)。圖9(A)的音叉形壓電振動片1具有從基部2平行延伸的1對振動臂3、4,在所述 各振動臂的正反主面分別以相同的寬度、長度、深度形成有從與所述基部之間的結(jié)合部起 在長度方向上延伸的1條第1槽部5a、6a和第2槽部5b、6b。該現(xiàn)有例的壓電振動片1由 石英形成為一體,將石英晶軸的電氣軸X軸定向成所述振動臂的寬度方向,將機械軸Y軸定 向成所述振動臂的長度方向,將光學(xué)軸Z軸定向成所述振動片的厚度方向。正側(cè)主面的第1槽部5a、6a相對于各振動臂3、4的中心線i被配置在寬度方向的 外側(cè)即另一個振動臂的相反側(cè)。反側(cè)主面的第2槽部5b、6b相對于所述各振動臂長度方向 的中心線i被配置在寬度方向的內(nèi)側(cè)即另一個振動臂側(cè)。如圖9(B)所示,第1槽部5a、6a 和第2槽部5b、6b被設(shè)定成,深度大于振動臂3、4厚度的1/2,從所述各振動臂的正反主面 觀察時彼此不重疊且從側(cè)面觀察時彼此重疊。其結(jié)果是,所述各振動臂的剖面形成為關(guān)于 兩振動臂間的中心線i’彼此線對稱的S字形。在振動臂3、4的所述第1槽部和第2槽部中,分別在內(nèi)面形成有第1激勵電極(未 圖示),且在所述各振動臂的兩側(cè)面分別形成有第2激勵電極(未圖示)。一個振動臂的第 1激勵電極與另一個振動臂的第2激勵電極彼此連接,對它們施加交流電壓,由此所述兩振 動臂向彼此接近或遠離的方向振動。此時,已知這樣的情況振動臂3、4不僅在所述正反主面的面內(nèi)方向上具有振動 分量,在面外方向即士Z方向上也具有振動分量。當(dāng)所述各振動臂向彼此遠離的方向彎曲 時,如圖9(B)中箭頭A1、A2所示,分別在-Z方向上也產(chǎn)生位移。另外,當(dāng)所述各振動臂向 彼此接近的方向彎曲時,如圖9(B)中箭頭B1、B2所示,分別在+Z方向上也產(chǎn)生位移。對于圖10(A)的音叉型壓電振動片7,正側(cè)主面的第1槽部8a、9a相對于各振動臂 3、4的中心線i被配置在寬度方向的相同側(cè)即圖中左側(cè)。反側(cè)主面的第2槽部8b、9b也相 對于所述各振動臂的中心線i被配置在寬度方向的相同側(cè)即圖中右側(cè)。與圖9的壓電振動 片1相同,所述第1槽部以及第2槽部的深度被設(shè)定成,大于振動臂3、4厚度的1/2,從所述 各振動臂的正反主面觀察時彼此不重疊且從側(cè)面觀察時彼此重疊。因此,如圖10(B)所示, 壓電振動片7的所述各振動臂的剖面形成為關(guān)于兩振動臂間的中心點0彼此點對稱的S字 形。對于該音叉型壓電振動片7,還已知這樣的情況當(dāng)對形成在所述第1槽部以及第 2槽部中的第1激勵電極和形成在所述各振動臂的兩側(cè)面上的第2激勵電極施加交流電壓 以使振動臂3、4向彼此接近或遠離的方向振動時,振動臂3、4不僅具有所述面內(nèi)方向的振 動分量,還具有面外方向即士Z方向的振動分量。當(dāng)所述振動臂向彼此遠離的方向彎曲時, 如圖10 (B)中箭頭A1、A2所示,一個振動臂3在-Z方向上產(chǎn)生位移且另一個振動臂4在+Z 方向上產(chǎn)生位移。反之,當(dāng)所述振動臂向彼此接近的方向彎曲時,如圖10(B)中箭頭B1、B2 所示,一個振動臂3在+Z方向上產(chǎn)生位移且另一個振動臂4在-Z方向上產(chǎn)生位移。在圖9(B)以及圖10⑶中可知,在考慮用X方向和Z方向的中心線分割所述各振 動臂的剖面時,所述振動臂的彎曲振動時的士Z方向位移以被拉伸到質(zhì)量較大一方的方式 產(chǎn)生。例如,圖9(B)中,振動臂3在從其中心到第1槽部5a和第2槽部5b占有面積較少
4的-X/-Z區(qū)域和+X/+Z區(qū)域的方向上產(chǎn)生士Z方向位移。這在第1槽部6a和第2槽部6b 的配置與振動臂3不同的振動臂4中也是相同的??烧J為這是由于振動臂的彎曲力矩作用 于其剖面中質(zhì)量更大的方向上。這樣的振動臂的士Z方向振動分量即面外振動分量產(chǎn)生振動能量損失即振動泄 漏,因此振動片的Q值降低,CI值劣化。并且,彎曲振動片還因小型化而使Q值降低,因此, 振動泄漏引起的Q值降低也會妨礙振動片的小型化、薄型化。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是鑒于上述以往問題點而完成的,其目的在于,提供一種彎曲振動片,當(dāng) 使振動臂彎曲振動時,消除或抑制在與第1以及第2主面垂直的方向上可能產(chǎn)生的振動分 量,消除或減少振動泄漏,由此提高Q值,改善CI值,在實現(xiàn)高性能化的同時實現(xiàn)小型化以 及薄型化,其中,彎曲振動片在從基部延伸的振動臂的對置的第1以及第2主面上分別形成 長度方向的第1槽部以及第2槽部,且相對于振動臂的中心線在寬度方向上將這些第1以 及第2槽部錯開地配置在第1主面與第2主面之間彼此相反側(cè)。為了達到上述目的,本發(fā)明的彎曲振動片的特征在于,該彎曲振動片具有基部以 及從該基部延伸的振動臂,該振動臂具有彼此相對的第1主面以及第2主面,該第1主面以 及第2主面分別具有沿著振動臂的長度方向形成的第1槽部以及第2槽部,第1槽部由多個 第1槽部分構(gòu)成,該多個第1槽部分是沿著振動臂的長度方向分割而成的,相對于該振動臂 的長度方向的中心線彼此錯開地配置在該中心線兩側(cè),第2槽部由多個第2槽部分構(gòu)成,該 多個第2槽部分是沿著振動臂的長度方向分割而成的,相對于該振動臂的長度方向的中心 線彼此錯開地配置在該中心線兩側(cè),且相對于所述中心線配置在各第1槽部分的相反側(cè), 對設(shè)置在第1槽部以及第2槽部中的第1激勵電極和設(shè)置在振動臂的兩側(cè)面上的第2激勵 電極施加規(guī)定的電壓,由此振動臂在第1主面或第2主面的面內(nèi)方向上彎曲振動。當(dāng)觀察這樣分別配置有多個第1槽部分以及第2槽部分的振動臂的剖面并沿著寬 度方向以及厚度方向的中心線將其分割時,在寬度方向以及厚度方向上第1槽部分或第2 槽部分的開口的相反側(cè)區(qū)域與其它區(qū)域相比,第1槽部分或第2槽部分的占有面積少、質(zhì)量 大。每當(dāng)該質(zhì)量大的區(qū)域沿著振動臂的長度方向移動到下一個第1以及第2槽部分的位置 時,移動到彼此相反的對角位置。其結(jié)果是,當(dāng)使振動臂彎曲振動時,沿著其長度方向在每 個第1以及第2槽部分的位置,相對于第1以及第2主面,面外方向的振動分量反方向地產(chǎn) 生而相互抵消。由此,作為振動臂整體能夠消除或充分抑制面外方向的位移,將振動能量封 閉在第1以及第2主面的面內(nèi)方向而防止振動泄漏,因此能夠提高彎曲振動片的Q值,抑制 CI值,能夠進一步促進小型化、薄型化。在某個實施例中,優(yōu)選多個第1槽部分以及第2槽部分分別在振動臂的長度方向 上具有不同的寬度,且將基端側(cè)的第1以及第2槽部分的寬度設(shè)定成大于末端側(cè)的第1以 及第2槽部分的寬度。與產(chǎn)生在末端側(cè)的應(yīng)力相比,產(chǎn)生在振動臂的基端側(cè)的應(yīng)力對振動 臂面外方向的位移的貢獻更大,因此通過這樣地設(shè)定第1以及第2槽部分的寬度,作為振動 臂整體能夠更好地消除或抑制面外方向的位移。在其它實施例中,優(yōu)選多個第1槽部分以及第2槽部分分別在振動臂的長度方向 上具有不同的長度,且將基端側(cè)的第1以及第2槽部分的長度設(shè)定成短于末端側(cè)的第1以及第2槽部分的長度。如上所述,與產(chǎn)生在末端側(cè)的應(yīng)力相比,產(chǎn)生在振動臂的基端側(cè)的應(yīng) 力對振動臂面外方向的位移的貢獻更大,因此通過這樣地設(shè)定第1以及第2槽部分的長度, 作為振動臂整體能夠更好地消除或抑制面外方向的位移。另外,在某個實施例中,本發(fā)明能夠應(yīng)用于例如像具有2根振動臂的音叉型彎曲 振動片那樣,多個振動臂從基部平行延伸、且在彼此接近或遠離的方向上彎曲振動的彎曲 振動片。并且,在其它實施例中,本發(fā)明能夠應(yīng)用于多個振動臂從基部平行延伸、且在彼此 反相的彎曲模式下振動的彎曲振動片。
圖1(A)是本發(fā)明的彎曲振動片的第1實施例的概略平面圖, 沿Ib-Ib線的剖面圖,圖1(C)是沿Ic-Ic線的剖面圖。圖2(A)是本發(fā)明的彎曲振動片的第2實施例的概略平面圖, 沿Ilb-IIb線的剖面圖,圖2(C)是沿IIc-IIc線的剖面圖。圖3(A)是本發(fā)明的彎曲振動片的第3實施例的概略平面圖, 沿Illb-IIIb線的剖面圖,圖3 (C)是沿IIIc-IIIc線的剖面圖。圖4(A)是本發(fā)明的彎曲振動片的第4實施例的概略平面圖, 沿IVb-IVb線的剖面圖,圖4(C)是沿IVc-IVc線的剖面圖。圖5(A)是本發(fā)明的彎曲振動片的第5實施例的概略平面圖, 沿Vb-Vb線的剖面圖,圖5(C)是沿Vc-Vc線的剖面圖。圖6(A)是本發(fā)明的彎曲振動片的第6實施例的概略平面圖, 沿VIb-VIb線的剖面圖,圖6 (C)是沿VIc-VIc線的剖面圖。圖7(A)是本發(fā)明的彎曲振動片的第7實施例的概略平面圖, 沿Vllb-VIIb線的剖面圖,圖7(C)是沿VIIc-VIIc線的剖面圖。圖8(A)是本發(fā)明的彎曲振動片的第8實施例的概略平面圖, 沿VHIb-VIIIb線的剖面圖,圖8 (C)是沿VIIIc-VIIIc線的剖面圖。圖9(A)是現(xiàn)有音叉型壓電振動片的概略平面圖,圖9(B)是其沿IX-IX線的振動 臂剖面圖。圖10(A)是現(xiàn)有其它音叉型壓電振動片的概略平面圖,圖10(B)是其沿X-X線的 振動臂剖面圖。標(biāo)號說明1、7 音叉型壓電振動片;2、12、32、52、72 基部;3、4、13、33、34、53、54、73 75 振 動臂;5a、6a、8a、9a 第 1 槽部;5b、6b、8b、9b 第 2 槽部;11、18、21、24、31、43、51、71 彎曲振 動片;14、15、35、36、39、40、55、56、59、60、76 81 主面;16a、16b、19a、19b、22a、22b、25a 25c、37a、37b、41a、41b、44a、44b、46a、46b、57a、57b、61a、61b、82a、82b、84a、84b、86a、86b 第 1 槽部分;17a、17b、20a、20b、23a、23b、26a 26c、38a、38b、42a、42b、45a、45b、47a、47b、 58a、58b、62a、62b、83a、83b、85a、85b、87a、87b 第 2 槽部分。
圖1(B)是振動臂的 圖2(B)是振動臂的 圖3(B)是振動臂的 圖4(B)是振動臂的 圖5(B)是振動臂的 圖6(B)是振動臂的 圖7(B)是振動臂的 圖8(B)是振動臂的
具體實施例方式下面,參照附圖,詳細地說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。并且,附圖中對相同或類似的 結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注相同或類似的參照標(biāo)號進行說明。圖1㈧概略地示出本發(fā)明的彎曲振動片的第1實施例。本實施例的彎曲振動片 11具有從基部平行延伸的1根振動臂13。在振動臂13的正反主面14、15上形成有從與所 述基部之間的結(jié)合部起在長度方向延伸的第1槽部以及第2槽部。壓電振動片11由石英 形成為一體,將石英晶軸的電氣軸X軸定向成所述振動臂的寬度方向,將機械軸Y軸定向成 所述振動臂的長度方向,將光學(xué)軸Z軸定向成所述振動片的厚度方向。在其它實施例中,也 可用石英之外的壓電材料、硅等半導(dǎo)體材料來形成。正側(cè)主面14的所述第1槽部沿著振動臂13的長度方向被分割成具有相同寬度、長 度以及深度的2個第1槽部分16a、16b。所述第1槽部分相對于振動臂13的長度方向的中 心線i交替錯開地配置在其寬度方向的兩側(cè)。具體而言,基端側(cè)即與所述基部接近的一側(cè)的 第1槽部分16a相對于所述中心線i配置在寬度方向的單側(cè)即圖中右側(cè),末端側(cè)即與所述基 部遠離的一側(cè)的第1槽部分16b相對于所述中心線i配置在寬度方向的相反側(cè)即圖中左側(cè)。同樣,反側(cè)主面15的所述第2槽部沿著振動臂13的長度方向被分割成具有相同 寬度、長度以及深度的2個第2槽部分17a、17b。所述第2槽部分相對于振動臂13的長度 方向的中心線i交替錯開地配置在其寬度方向的兩側(cè)。具體而言,基端側(cè)的第2槽部分17a 相對于所述中心線i配置在寬度方向的單側(cè)即圖中左側(cè),末端側(cè)的第2槽部分17b相對于 所述中心線i配置在寬度方向的相反側(cè)即圖中右側(cè)。第1槽部分16a、16b和第2槽部分17a、17b如圖1⑶(C)所示,深度大于振動臂 13厚度的1/2,從所述振動臂的側(cè)面觀察時彼此重疊。位于在所述振動臂的長度方向彼此 對應(yīng)的位置上的第1槽部分16a、16b與第2槽部分17a、17b相對于其中心線i配置在寬度 方向的相反側(cè),使得從所述振動臂的正反主面觀察時彼此不重疊。因此,振動臂13的設(shè)有 第1槽部分16a以及第2槽部分17a的基端側(cè)部分與設(shè)有第1槽部分16b以及第2槽部分 17b的末端側(cè)部分具有彼此呈鏡面對稱的S字形的剖面形狀。當(dāng)用寬度方向以及厚度方向的中心線分割振動臂13的剖面時,如圖1(B)所示,在 所述基端側(cè)部分中,第1槽部分16a以及第2槽部分17a占有面積較少的-X/+Z區(qū)域以及 +X/-Z區(qū)域的質(zhì)量大于-X/-Z區(qū)域以及+X/+Z區(qū)域的質(zhì)量。如圖1 (C)所示,在振動臂13的 所述末端側(cè)部分中,第1槽部分16b以及第2槽部分17b占有面積較少的-X/-Z區(qū)域以及 +X/+Z區(qū)域的質(zhì)量大于-X/+Z區(qū)域以及+X/-Z區(qū)域的質(zhì)量。在第1槽部分16a、16b以及第2槽部分17a、17b中,分別在與振動臂13的側(cè)面鄰 接的側(cè)面上形成有第1激勵電極(未圖示),且分別在所述振動臂的兩側(cè)面上形成有第2激 勵電極(未圖示)。當(dāng)對所述第1激勵電極和所述第2激勵電極施加規(guī)定的交流電壓時,振 動臂13在圖1(A)的箭頭A、B的方向上彎曲振動。此時,振動臂13的所述基端側(cè)部分如圖1(B)的箭頭Aa、Ba所示,從剖面中心向 質(zhì)量較大的-X/+Z方向以及+X/-Z方向彎曲。與此相對,振動臂13的所述末端側(cè)部分如圖 1(C)的箭頭Ab、Bb所示,同樣地從剖面中心向質(zhì)量較大的-X/-Z方向以及+X/+Z方向彎曲。 其結(jié)果是,作為振動臂13整體,抵消士Z方向的振動分量。由此,振動臂13能夠消除或充分抑制士Z方向的位移,將振動能量封閉在正反主面14、15的面內(nèi)方向。因此,能夠提高彎曲振動片11的Q值并抑制CI值,其結(jié)果是能夠促
進小型化、薄型化。圖2㈧概略地示出本發(fā)明的壓電振動片的第2實施例。本實施例的彎曲振動片 18與圖1的第1實施例的不同之處在于,基端側(cè)的第1槽部分19a以及第2槽部分20a的 寬度與末端側(cè)的第1槽部分19b以及第2槽部分20b的寬度w2不同且wl > w2。當(dāng)使振動臂13在圖2㈧的箭頭A、B的方向上彎曲振動時,振動臂13的基端側(cè)部 分如圖2(B)的箭頭Aa、Ba所示,從剖面中心向質(zhì)量較大的-X/+Z方向以及+X/-Z方向彎 曲。與此相對,振動臂13的末端側(cè)部分如圖2(C)的箭頭Ab、Bb所示,同樣地從剖面中心向 質(zhì)量較大的-x/-z方向以及+X/+Z方向彎曲。已證實這樣的情況與產(chǎn)生在末端側(cè)的應(yīng)力相比,產(chǎn)生在所述振動臂的基端側(cè)的 應(yīng)力對振動臂13面外方向的位移的貢獻更大。因此,如上所述,在基端側(cè)和末端側(cè)將第1 槽部分19a、19b以及第2槽部分20a、20b的寬度設(shè)定成不同的尺寸,由此作為振動臂13整 體,能夠更好地抵消面外方向的振動分量,消除或抑制面外方向的位移。因此,能夠進一步 提高彎曲振動片18的Q值,更有效地抑制CI值。圖3(A)概略地示出本發(fā)明的壓電振動片的第3實施例。本實施例的彎曲振動片 21與圖1的第1實施例的不同之處在于,基端側(cè)的第1槽部分22a以及第2槽部分23a的 長度L1與末端側(cè)的第1槽部分22b以及第2槽部分23b的長度L2不同且LI < L2。當(dāng)使振動臂13在圖3㈧的箭頭A、B的方向上彎曲振動時,振動臂13的基端側(cè)部 分如圖3(B)的箭頭Aa、Ba所示,從剖面中心向質(zhì)量較大的-X/+Z方向以及+X/-Z方向彎 曲。與此相對,振動臂13的末端側(cè)部分如圖3(C)的箭頭Ab、Bb所示,同樣地從剖面中心向 質(zhì)量較大的-x/-z方向以及+X/+Z方向彎曲。已證實這樣的情況與產(chǎn)生在末端側(cè)的應(yīng)力相比,產(chǎn)生在所述振動臂的基端側(cè)的 應(yīng)力對振動臂13面外方向的位移的貢獻更大。因此,如上所述,在基端側(cè)和末端側(cè)將第1 槽部分22a、22b以及第2槽部分23a、23b的長度設(shè)定成不同的尺寸,由此作為振動臂13整 體,能夠更好地抵消面外方向的振動分量,消除或抑制面外方向的位移。因此,能夠進一步 提高彎曲振動片18的Q值,更有效地抑制CI值。在其它實施例中,可將第2實施例與第3實施例組合。例如,可使基端側(cè)的第1槽 部分22a以及第2槽部分23a的寬度大于或小于末端側(cè)的第1槽部分22b以及第2槽部分 23b的寬度。圖4㈧概略地示出本發(fā)明的壓電振動片的第4實施例。本實施例的彎曲振動片 24與圖1的第1實施例的不同之處在于,正側(cè)主面14的第1槽部沿著振動臂13的長度方 向被分割成具有相同寬度、長度以及深度的3個第1槽部分25a 25c,且反側(cè)主面15的 第2槽部同樣地沿著振動臂13的長度方向被分割成具有相同寬度、長度以及深度的3個第 2槽部分26a 26c。第1槽部分25a 25c相對于振動臂13的長度方向的中心線i交替 錯開地配置在其寬度方向的兩側(cè)。第2槽部分26a 26c相對于所述中心線i交替錯開地 配置在其寬度方向的兩側(cè),且相對于所述中心線i配置在寬度方向的相反側(cè),使得從所述 振動臂的正反主面觀察時不與第1槽部分25a 25c彼此重疊。當(dāng)使振動臂13在圖4㈧的箭頭A、B的方向上彎曲振動時,振動臂13的基端側(cè)部 分如圖4(B)的箭頭Aa、Ba所示,從剖面中心向質(zhì)量較大的-X/+Z方向以及+X/-Z方向彎曲。振動臂13的中央部分如圖4(C)的箭頭Ab、Bb所示,從剖面中心向質(zhì)量較大的-X/-Z 方向以及+X/+Z方向彎曲。與所述基端側(cè)部分相同,振動臂13的末端側(cè)部分如圖4(D)的 箭頭Ad、Bd所示,從剖面中心向質(zhì)量較大的-X/+Z方向以及+X/-Z方向彎曲。增加這樣分割而成的第1槽部分以及第2槽部分的個數(shù),由此每當(dāng)各第1槽部分 以及第2槽部分的配置在振動臂的寬度方向上變化時,面外振動分量的方向更頻繁地從振 動臂13的基端側(cè)到末端側(cè)沿著長度方向反復(fù)變化成反方向。其結(jié)果是,作為振動臂整體, 能夠在面內(nèi)方向上更順暢地彎曲振動。在其它實施例中,可將所述第1槽部以及第2槽部 分割成4個或更多個第1槽部分以及第2槽部分。在其它實施例中,可將第2實施例、第3實施例單獨與第4實施例組合,或雙方一 起與第4實施例組合來實施。例如,可沿著振動臂13的長度方向,將第1槽部分25a 25c 以及第2槽部分26a 26c設(shè)定成彼此不同的長度,或設(shè)定成彼此不同的寬度,或設(shè)定成彼 此不同的長度和寬度。圖5㈧概略地示出本發(fā)明的壓電振動片的第5實施例。本實施例的彎曲振動片 31是具有從基部32平行延伸的1對振動臂33、34的音叉型彎曲振動片。在振動臂33的正反主面35、36上分別形成有從與所述基部之間的結(jié)合部起在長 度方向上延伸的第1槽部和第2槽部。正側(cè)主面35的所述第1槽部沿著振動臂33的長度 方向被分割成具有相同寬度、長度以及深度的2個第1槽部分37a、37b,所述各第1槽部分 相對于振動臂33的長度方向的中心線i交替錯開地配置在其寬度方向的兩側(cè)。同樣,反側(cè) 主面36的所述第2槽部沿著振動臂33的長度方向被分割成具有相同寬度、長度以及深度 的2個第2槽部分38a、38b,所述各第2槽部分相對于所述中心線i交替錯開地配置在其寬 度方向的兩側(cè)。同樣,在振動臂34的正反主面39、40上分別形成有從與所述基部之間的結(jié)合部起 在長度方向上延伸的第1槽部和第2槽部。正側(cè)主面39的所述第1槽部沿著振動臂34的 長度方向被分割成具有相同寬度、長度以及深度的2個第1槽部分41a、41b,所述各第1槽 部分相對于振動臂34的長度方向的中心線i交替錯開地配置在其寬度方向的兩側(cè)。同樣, 反側(cè)主面40的所述第2槽部沿著振動臂34的長度方向被分割成具有相同寬度、長度以及 深度的2個第2槽部分42a、42b,所述各第2槽部分相對于所述中心線i交替錯開地配置在 其寬度方向的兩側(cè)。如圖5(B) (C)所示,兩振動臂33、34的正側(cè)主面35、39的所述第1槽部被設(shè)定成 關(guān)于所述兩振動臂間的中心線i’對稱,基端側(cè)的第1槽部分37a、41a配置在彼此鄰接的一 側(cè),且末端側(cè)的第1槽部分37b、41b配置在彼此相反的一側(cè)。兩振動臂33、34的反側(cè)主面 36,40的所述第2槽部同樣被設(shè)定成關(guān)于所述兩振動臂間的中心線i’對稱,相反,末端側(cè)的 第1槽部分38b、42b配置在彼此鄰接的一側(cè),且基端側(cè)的第1槽部分38a、42a配置在彼此 相反的一側(cè)。由此,兩振動臂33、34的基端側(cè)部分以及末端側(cè)部分分別具有關(guān)于所述中心 線i’彼此線對稱的S字形的剖面形狀。當(dāng)用寬度方向以及厚度方向的中心線分割振動臂33的剖面時,如圖5(B)所示, 在其基端側(cè)部分中,第1槽部分36a以及第2槽部分38a占有面積較少的-X/+Z區(qū)域以及 +X/-Z區(qū)域的質(zhì)量大于-X/-Z區(qū)域以及+X/+Z區(qū)域的質(zhì)量。在具有與振動臂33線對稱的剖 面形狀的振動臂34的基端側(cè)部分中,第1槽部分41a以及第2槽部分42a占有面積較少的+X/+Z區(qū)域以及-X/-Z區(qū)域的質(zhì)量大于-X/+Z區(qū)域以及+X/-Z區(qū)域的質(zhì)量。如圖5(C)所示,在振動臂33的末端側(cè)部分中,第1槽部分37b以及第2槽部分 38b占有面積較少的-X/-Z區(qū)域以及+X/+Z區(qū)域的質(zhì)量大于-X/+Z區(qū)域以及+X/-Z區(qū)域的 質(zhì)量。與此對稱地,在振動臂34的末端側(cè)部分中,第1槽部分41b以及第2槽部分42b占 有面積較少的+X/-Z區(qū)域以及-X/+Z區(qū)域的質(zhì)量大于-X/-Z區(qū)域以及+X/+Z區(qū)域的質(zhì)量。在振動臂33、34的所述第1槽部和第2槽部,分別在內(nèi)面上形成有第1激勵電極 (未圖示),且在所述各振動臂的兩側(cè)面上分別形成有第2激勵電極(未圖示)。一個所述 振動臂的第1激勵電極與另一個所述振動臂的第2激勵電極彼此連接,對它們施加交流電 壓,由此所述兩振動臂如圖5(A)的箭頭A、B所示,在彼此接近或遠離的方向上振動。此時,振動臂33的基端側(cè)部分如圖5(B)的箭頭Aal、Bal所示,從剖面中心向質(zhì)量 較大的-X/+Z方向以及+X/-Z方向彎曲。振動臂34的基端側(cè)部分如圖5(B)的箭頭Aa2、 Ba2所示,從剖面中心向質(zhì)量較大的+X/+Z方向以及-X/-Z方向彎曲。與此相對,振動臂33 的末端側(cè)部分如圖5(C)的箭頭Abl、Bbl所示,從剖面中心向質(zhì)量較大的-X/-Z方向以及 +X/+Z方向彎曲。振動臂34的末端側(cè)部分如圖5(C)的箭頭Ab2、Bb2所示,從剖面中心向 質(zhì)量較大的+X/-Z方向以及-X/+Z方向彎曲。這樣,兩振動臂33、34的基端側(cè)部分具有在Z方向上彼此相同方向的面外振動分 量,且它們的末端側(cè)部分具有在Z方向上彼此相同方向且與所述基端側(cè)部分相反方向的面 外振動分量。其結(jié)果是,各振動臂33、34分別作為整體抵消士Z方向的振動分量,消除或抑 制士Z方向的位移。因此,彎曲振動片31能夠提高Q值且抑制CI值,其結(jié)果是能夠促進小 型化、薄型化。圖6㈧概略地示出本發(fā)明的壓電振動片的第6實施例。本實施例的彎曲振動片 43是第5實施例的變形,是具有從基部32平行延伸的1對振動臂33、34的音叉型彎曲振動 片。一個振動臂33具有與第5實施例相同的結(jié)構(gòu),正側(cè)主面35的基端側(cè)的第1槽部分44a 配置在與另一個振動臂34鄰接的一側(cè),且末端側(cè)的第1槽部分44b配置在其相反側(cè)。反側(cè) 主面36的末端側(cè)的第2槽部分45b配置在與另一個振動臂34鄰接的一側(cè),且基端側(cè)的第 2槽部分45a配置在其相反側(cè)。與第5實施例的彎曲振動片31的不同之處在于,與此相對,對于另一個振動臂34 而言,正側(cè)主面35的末端側(cè)的第1槽部分46b配置在與另一個振動臂34鄰接的一側(cè),且基 端側(cè)的第1槽部分46a配置在其相反側(cè),反側(cè)主面36的基端側(cè)的第2槽部分47a配置在 與另一個振動臂34鄰接的一側(cè),且末端側(cè)的第2槽部分47b配置在其相反側(cè)。由此,如圖 6(B) (C)所示,兩振動臂33、34的基端側(cè)部分以及末端側(cè)部分分別具有關(guān)于所述兩振動臂 間的中心0彼此點對稱的S字形的剖面形狀。因此,當(dāng)使彎曲振動片43如圖6 (A)的箭頭A、B所示在彼此接近或遠離的方向上 振動時,振動臂33的基端側(cè)部分如圖6(B)的箭頭Aal、Bal所示,從剖面中心向質(zhì)量較大 的-X/+Z方向以及+X/-Z方向彎曲。振動臂34的基端側(cè)部分如圖6(B)的箭頭Aa2、Ba2所 示,從剖面中心向質(zhì)量較大的+X/-Z方向以及-X/+Z方向彎曲。與此相對,振動臂33的末 端側(cè)部分如圖6(C)的箭頭Abl、Bbl所示,從剖面中心向質(zhì)量較大的-X/-Z方向以及+X/+Z 方向彎曲。振動臂34的末端側(cè)部分如圖6(C)的箭頭Ab2、Bb2所示,從剖面中心向質(zhì)量較 大的+X/+Z方向以及-X/-Z方向彎曲。
這樣,兩振動臂33、34的基端側(cè)部分具有在Z方向上彼此相反方向的面外振動分 量,且它們的末端側(cè)部分具有在Z方向上彼此相反方向且與所述基端側(cè)部分均相反方向的 面外振動分量。其結(jié)果是,各振動臂33、34同樣分別作為整體抵消士Z方向的振動分量,消 除或抑制士Z方向的位移。因此,彎曲振動片43能夠提高Q值且抑制CI值,其結(jié)果是能夠 促進小型化、薄型化。在其它實施例中,在圖5以及圖6的彎曲振動片31、43中,能夠與所述第2至第4 實施例相同地構(gòu)成各振動臂33、34,或?qū)⑺鼈兘M合起來應(yīng)用。另外,在其它實施例中,也同樣 能夠?qū)⒈景l(fā)明應(yīng)用于具有3根或更多根振動臂的音叉型彎曲振動片。圖7㈧概略地示出本發(fā)明的壓電振動片的第7實施例。與第5、第6實施例相同, 本實施例的彎曲振動片51是具有從基部52平行延伸的1對振動臂53、54的音叉型彎曲振 動片。但是,與第5以及第6實施例的音叉型彎曲振動片的不同之處在于,如圖7 (A)中箭頭 A D所示,振動臂53、54在被稱為行走(Walk)振動的反相彎曲振動模式下在與該振動臂 正反面垂直的方向上振動。壓電振動片51也由石英形成為一體,但與上述各實施例不同, 將石英晶軸的電氣軸X軸定向成所述振動片的厚度方向,將機械軸Y軸定向成所述振動臂 的長度方向,將光學(xué)軸Z軸定向成所述振動片的寬度方向。在其它實施例中,也可用石英之 外的壓電材料、硅等半導(dǎo)體材料來形成。壓電振動片51具有在振動臂53、54的寬度方向上彼此對置的第1以及第2主面。 一個振動臂53在與另一個振動臂54對置的一側(cè)具有第1主面,在其相反側(cè)具有第2主面 56,分別形成有從與所述基部之間的結(jié)合部起在長度方向上延伸的第1槽部和第2槽部。 第1主面55的所述第1槽部沿著振動臂53的長度方向被分割成具有相同寬度、長度以及 深度的2個第1槽部分57a、57b,這些第1槽部分相對于振動臂53的長度方向的中心線il 交替錯開地配置在其兩側(cè)。第2主面56的所述第2槽部同樣沿著振動臂53的長度方向被 分割成具有相同寬度、長度以及深度的2個第2槽部分58a、58b,這些第2槽部分相對于振 動臂53的長度方向的中心線i2交替錯開地配置在其兩側(cè)。同樣,另一個振動臂54在所述一個振動臂的相反側(cè)具有第1主面59,在與其對置 的一側(cè)具有第2主面60,分別形成有從與所述基部之間的結(jié)合部起在長度方向上延伸的第 1槽部和第2槽部。第1主面59的所述第1槽部沿著振動臂54的長度方向被分割成具有 相同寬度、長度以及深度的2個第1槽部分61a、61b,這些第1槽部分相對于振動臂54的長 度方向的中心線il交替錯開地配置在其兩側(cè)。第2主面60的所述第2槽部同樣沿著振動 臂54的長度方向被分割成具有相同寬度、長度以及深度的2個第2槽部分62a、62b,這些第 2槽部分相對于振動臂54的長度方向的中心線i2交替錯開地配置在其兩側(cè)。由此,如圖7(B) (C)所示,兩振動臂53、54的基端側(cè)部分以及末端側(cè)部分分別具有 關(guān)于所述兩振動臂間的中心0彼此點對稱的S字形的剖面形狀。因此,當(dāng)使彎曲振動片51 如上所述反相地彎曲振動時,振動臂53的基端側(cè)部分如圖7(B)的箭頭Aa、Ca所示,從剖面 中心向質(zhì)量較大的-X/-Z方向以及+X/+Z方向彎曲。振動臂54的基端側(cè)部分如圖7(B)的 箭頭Ba、Da所示,從剖面中心向質(zhì)量較大的+X/+Z方向以及-X/-Z方向彎曲。與此相對,振 動臂53的末端側(cè)部分如圖7(C)的箭頭Ab、Cb所示,從剖面中心向質(zhì)量較大的-X/+Z方向 以及+X/-Z方向彎曲。振動臂54的末端側(cè)部分如圖7(C)的箭頭Bb、Db所示,從剖面中心 向質(zhì)量較大的+X/-Z方向以及-X/+Z方向彎曲。
這樣,兩振動臂53、54的基端側(cè)部分和末端側(cè)部分具有在Z方向上彼此相反方向 的面外振動分量。其結(jié)果是,各振動臂53、54分別作為整體抵消士Z方向的振動分量,消除 或抑制士Z方向的位移。因此,彎曲振動片51能夠提高Q值且抑制CI值,其結(jié)果是能夠促 進小型化、薄型化。圖8㈧概略地示出本發(fā)明的壓電振動片的第8實施例。本實施例的彎曲振動片 71是第7實施例的變形例,具有從基部72平行延伸的3根振動臂73 75。振動臂73 75如圖8 (A)中箭頭A F所示,交替地在反相的振動彎曲模式下在與振動片正面垂直的 方向上振動,具有在各振動臂的寬度方向上彼此對置的第1主面76、78、80和第2主面77、 79、81。與第7實施例相同,在各振動臂73 75的所述第1主面以及第2主面上分別形 成有從與所述基部之間的結(jié)合部起在長度方向上延伸的第1槽部以及第2槽部。圖中左端 的振動臂73的所述第1槽部和第2槽部分別沿著長度方向被分割成具有相同寬度、長度以 及深度的2個第1槽部分82a、82b以及第2槽部分83a、83b。第1槽部分82a、82b和第2 槽部分83a、83b分別相對于振動臂73的長度方向的中心線il、i2交替錯開地配置在其兩 側(cè),且相對于所述中心線il、i2配置在相反側(cè)。同樣,圖中中央的振動臂74的所述第1槽部以及第2槽部分別沿著長度方向被分 割成具有相同寬度、長度以及深度的2個第1槽部分84a、84b以及第2槽部分85a、85b。第 1槽部分84a、84b和第2槽部分85a、85b分別相對于振動臂74的長度方向的中心線il、i2 交替錯開地配置在其兩側(cè),且相對于所述中心線配置在相反側(cè)。并且,圖中右端的振動臂75的所述第1槽部以及第2槽部分別沿著長度方向被分 割成具有相同寬度、長度以及深度的2個第1槽部分86a、86b以及第2槽部分87a、87b。第 1槽部分86a、86b和第2槽部分87a、87b分別相對于振動臂75的長度方向的中心線il、i2 交替錯開地配置在其兩側(cè),且相對于所述中心線配置在相反側(cè)。由此,如圖8(B) (C)所示,各振動臂73 75的基端側(cè)部分以及末端側(cè)部分分別具 有關(guān)于彼此鄰接的所述振動臂間的中心01、02點對稱的S字形的剖面形狀。因此,當(dāng)使彎 曲振動片71如上所述反相地彎曲振動時,各振動臂73 75的基端側(cè)部分從剖面中心向質(zhì) 量較大的-x/-z方向以及+X/+Z方向彎曲。所述各振動臂的末端側(cè)部分從剖面中心向質(zhì)量 較大的-X/+Z方向以及+X/-Z方向彎曲。這樣,各振動臂73 75的基端側(cè)部分和末端側(cè)部分具有在Z方向上彼此相反方 向的面外振動分量。其結(jié)果是,各振動臂73 75分別作為整體抵消士Z方向的振動分量, 消除或抑制士Z方向的位移。因此,彎曲振動片71能夠提高Q值且抑制CI值,其結(jié)果是能 夠促進小型化、薄型化。在其它實施例中,在圖7以及圖8的彎曲振動片51、71中,能夠與所述第2至第4 實施例相同地構(gòu)成各振動臂。另外,在其它實施例中,在各振動臂間,能夠如圖5的音叉型 彎曲振動片那樣,將基端側(cè)的第1以及第2槽部分和末端側(cè)的第1以及第2槽部分配置在 相對于振動臂的中心線相反的位置。本發(fā)明不限于上述實施例,可在其技術(shù)范圍內(nèi)施加各種變形或變更來實施。例如, 只要作為振動臂整體能夠消除或抑制士Z方向的位移,就可沿著振動臂的長度方向針對每 個槽部分變更第1以及第2槽部分的深度。
權(quán)利要求
一種彎曲振動片,其特征在于,所述彎曲振動片具有基部以及從所述基部延伸的振動臂,所述振動臂具有彼此相對的第1主面以及第2主面,所述第1主面以及第2主面分別具有沿著所述振動臂的長度方向形成的第1槽部以及第2槽部,所述第1槽部由多個第1槽部分構(gòu)成,該多個第1槽部分是沿著所述振動臂的長度方向分割而成的,相對于所述振動臂的長度方向的中心線交替錯開地配置在該中心線兩側(cè),所述第2槽部由多個第2槽部分構(gòu)成,該多個第2槽部分是沿著所述振動臂的長度方向分割而成的,相對于所述振動臂的長度方向的中心線交替錯開地配置在該中心線兩側(cè),且相對于所述中心線配置在各所述第1槽部分的相反側(cè),對設(shè)置在所述第1槽部以及第2槽部中的第1激勵電極和設(shè)置在所述振動臂的兩側(cè)面上的第2激勵電極施加規(guī)定的電壓,由此所述振動臂在所述第1主面或第2主面的面內(nèi)方向上彎曲振動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彎曲振動片,其特征在于,所述多個第1槽部分以及第2槽部分分別在所述振動臂的長度方向上具有不同的寬 度,且基端側(cè)的所述第1槽部分以及第2槽部分的寬度大于末端側(cè)的所述第1槽部分以及 第2槽部分的寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的彎曲振動片,其特征在于,所述多個第1槽部分以及第2槽部分分別在所述振動臂的長度方向上具有不同的長 度,且基端側(cè)的所述第1槽部分以及第2槽部分的長度短于末端側(cè)的所述第1槽部分以及 第2槽部分的長度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任意一項所述的彎曲振動片,其特征在于,多個所述振動臂從所述基部起平行延伸,且在彼此接近或遠離的方向上彎曲振動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中的任意一項所述的彎曲振動片,其特征在于,該彎曲振動片是具有2根所述振動臂的音叉型振動片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任意一項所述的彎曲振動片,其特征在于,多個所述振動臂從所述基部起平行延伸,且在彼此反相的彎曲模式下振動。
全文摘要
一種彎曲振動片,能夠消除彎曲振動片的振動泄漏,提高Q值,改善CI值,促進小型化以及薄型化。在彎曲振動片中,從基部延伸的振動臂具有在彼此相對的第1以及第2主面上沿著振動臂的長度方向形成的第1以及第2槽部。第1槽部由沿著振動臂的長度方向分割而成的、相對于振動臂長度方向的中心線交替錯開地配置在中心線兩側(cè)的多個第1槽部分構(gòu)成,第2槽部由沿著振動臂的長度方向分割而成的、相對于中心線交替錯開地配置在中心線兩側(cè)且相對于中心線配置在各第1槽部分的相反側(cè)的多個第2槽部分構(gòu)成。當(dāng)對第1以及第2槽部的第1激勵電極和振動臂兩側(cè)面的第2激勵電極施加交流電壓時,振動臂在第1或第2主面的面內(nèi)方向上彎曲振動。
文檔編號H03H9/21GK101877575SQ20101017063
公開日2010年11月3日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者古畑誠, 山崎隆 申請人:愛普生拓優(yōu)科夢株式會社;精工愛普生株式會社