振動(dòng)元件、振子、振蕩器、電子設(shè)備、傳感器以及移動(dòng)體的制作方法
【專利摘要】振動(dòng)元件、振子、振蕩器、電子設(shè)備、傳感器以及移動(dòng)體。本發(fā)明提供一種能夠以低功耗發(fā)揮優(yōu)異的振動(dòng)特性的振動(dòng)元件，以及具有該振動(dòng)元件的振子、振蕩器、電子設(shè)備以及移動(dòng)體。振動(dòng)元件（2）具有石英基板（3），該石英基板（3）具有：基部（4）；從基部（4）起延伸的一對(duì)振動(dòng)臂（5、6）；以及支承臂（71），其在振動(dòng)臂（5、6）之間，在與振動(dòng)臂（5、6）相同的一側(cè)從基部（4）起延伸。并且，振動(dòng)臂（5）具有臂部（51）和設(shè)置在臂部（51）前端的錘頭（59）。臂部（51）具有一對(duì)主面和朝這些主面敞開(kāi)的有底的槽。在本發(fā)明中，將主面的沿著與振動(dòng)臂的長(zhǎng)度方向垂直的寬度方向隔著槽排列的堤部的寬度設(shè)為6μm以下。
【專利說(shuō)明】振動(dòng)元件、振子、振蕩器、電子設(shè)備、傳感器以及移動(dòng)體

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及振動(dòng)元件、振子、振蕩器、電子設(shè)備、傳感器以及移動(dòng)體。

【背景技術(shù)】
[0002]以往公知有使用石英的振動(dòng)元件(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。這樣的振動(dòng)元件由于頻率溫度特性優(yōu)異，因此被廣泛用作各種電子設(shè)備的基準(zhǔn)頻率源或振蕩源等。
[0003]專利文獻(xiàn)I所記載的振動(dòng)元件呈音叉型，具有基部和從基部延伸的一對(duì)振動(dòng)臂。并且，在各振動(dòng)臂形成有朝其上表面及下表面敞開(kāi)的一對(duì)槽。因此，各振動(dòng)臂呈大致H型的橫截面形狀。通過(guò)將振動(dòng)臂設(shè)為這樣的形狀，能夠降低熱彈性損耗，發(fā)揮優(yōu)異的振動(dòng)特性。但是，過(guò)去沒(méi)有對(duì)槽周圍的振動(dòng)臂的形狀(包含大小)進(jìn)行充分研究。
[0004]【專利文獻(xiàn)I】日本實(shí)開(kāi)平2-32229號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠以低功耗發(fā)揮優(yōu)異的振動(dòng)特性的振動(dòng)元件，以及具有該振動(dòng)元件的振子、振蕩器、電子設(shè)備、傳感器以及移動(dòng)體。
[0006]本發(fā)明正是為了解決上述課題中的至少一部分而完成的，可作為以下應(yīng)用例來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0007][應(yīng)用例I]
[0008]本發(fā)明的振動(dòng)元件的特征在于，該振動(dòng)元件包含:基部；以及至少一個(gè)振動(dòng)臂，其在俯視時(shí)從所述基部起沿著第I方向延伸，在彼此處于正反關(guān)系的一對(duì)主面的至少一個(gè)主面上設(shè)有槽，在所述振動(dòng)臂的主面中，在俯視時(shí)所述振動(dòng)臂的一個(gè)外緣與所述槽的所述一個(gè)外緣側(cè)的緣部之間的沿著與所述第I方向垂直的第2方向的寬度、以及所述振動(dòng)臂的另一個(gè)外緣與所述槽的所述另一個(gè)外緣側(cè)的緣部之間的沿著所述第2方向的寬度為6μπι以下。
[0009]由此，能夠比較高地維持振動(dòng)元件的Q值，并且充分降低等效串聯(lián)電阻值Rl (Cl值)。結(jié)果，能夠得到能夠以低功耗發(fā)揮優(yōu)異的振動(dòng)特性的振動(dòng)元件。
[0010][應(yīng)用例2]
[0011 ] 在本發(fā)明的振動(dòng)元件中，優(yōu)選的是，所述寬度為I μ m以上3 μ m以下。
[0012]由此，能夠進(jìn)一步減小振動(dòng)元件的Rl (Cl值)，能夠以更低的功耗驅(qū)動(dòng)振動(dòng)元件。
[0013][應(yīng)用例3]
[0014]在本發(fā)明的振動(dòng)元件中，優(yōu)選的是，在設(shè)所述槽的最大深度為t [ μ m]，所述振動(dòng)臂的厚度為Τ[μπι]時(shí)，用2t/T表示的η為0.6以上。
[0015]由此，能夠增大驅(qū)動(dòng)用電極的形成面積，因而能夠進(jìn)一步減小振動(dòng)元件的Rl (Cl值)，能夠得到功耗更低的振動(dòng)元件。
[0016][應(yīng)用例4]
[0017]在本發(fā)明的振動(dòng)元件中，優(yōu)選的是，所述振動(dòng)臂的厚度為50 μ m以上。
[0018]由此,能夠進(jìn)一步減小振動(dòng)元件的Rl。
[0019][應(yīng)用例5]
[0020]在本發(fā)明的振動(dòng)元件中，優(yōu)選的是，所述振動(dòng)臂包含施重部和臂部，該臂部在俯視時(shí)配置在所述施重部與所述基部之間。
[0021]由此，能夠縮短振動(dòng)臂的長(zhǎng)度，能夠減小振動(dòng)元件的尺寸。
[0022][應(yīng)用例6]
[0023]在本發(fā)明的振動(dòng)元件中，優(yōu)選的是，所述施重部是沿著所述第2方向的長(zhǎng)度比所述臂部長(zhǎng)的寬度放大部。
[0024]由此，能夠利用寬度放大部充分發(fā)揮施重效應(yīng)，并且施重部能夠與臂部等構(gòu)成部位同時(shí)形成，因而能夠高效地制造振動(dòng)元件。
[0025][應(yīng)用例7]
[0026]在本發(fā)明的振動(dòng)元件中，優(yōu)選的是,所述振動(dòng)元件包含從所述基部起延伸的支承部。
[0027]由此，能夠更有效地降低振動(dòng)元件的振動(dòng)泄漏。并且，不需要在振動(dòng)臂彼此之間設(shè)置支承臂，因而能夠縮小振動(dòng)元件的沿著第2方向的長(zhǎng)度(寬度)。
[0028][應(yīng)用例8]
[0029]在本發(fā)明的振動(dòng)元件中，優(yōu)選的是，所述振動(dòng)臂由沿著所述第2方向排列配置的一對(duì)振動(dòng)臂構(gòu)成，所述支承部在俯視時(shí)配置在所述一對(duì)振動(dòng)臂之間，從所述基部起沿著所述第I方向延伸。
[0030]由此，能夠更有效地降低振動(dòng)元件的振動(dòng)泄漏。并且，不需要在振動(dòng)臂彼此之間設(shè)置支承臂，因而能夠縮小振動(dòng)元件的沿著第2方向的長(zhǎng)度(寬度)。
[0031][應(yīng)用例9]
[0032]在本發(fā)明的振動(dòng)元件中，優(yōu)選的是，所述支承部包含在俯視時(shí)至少包圍所述基部和所述振動(dòng)臂的框體。
[0033]由此，能夠通過(guò)框體將振動(dòng)元件高精度地固定于例如封裝的底座。因此，能夠增大振動(dòng)元件的尺寸，結(jié)果，能夠進(jìn)一步縮小其Rl。
[0034][應(yīng)用例10]
[0035]在本發(fā)明的振動(dòng)元件中，優(yōu)選的是，所述基部在俯視時(shí)所述第I方向側(cè)的第I端部側(cè)和所述第I方向的相反反向側(cè)的第2端部側(cè)中的至少一方包含寬度縮小部，該寬度縮小部的沿著所述第2方向的長(zhǎng)度隨著沿著所述第I方向從所述基部的內(nèi)側(cè)朝向外側(cè)而連續(xù)地或者分階段地縮小。
[0036]基部具有寬度縮小部，由此能夠有效地抑制振動(dòng)元件的振動(dòng)泄漏。
[0037][應(yīng)用例11]
[0038]本發(fā)明的振子的特征在于，該振子包含:本發(fā)明的振動(dòng)元件；以及搭載有所述振動(dòng)元件的封裝。
[0039]由此，能夠得到可靠性較高的振子。
[0040][應(yīng)用例12]
[0041]本發(fā)明的振蕩器的特征在于，該振蕩器包含:本發(fā)明的振動(dòng)元件；以及振蕩電路。
[0042]由此，能夠得到可靠性較高的振蕩器。
[0043][應(yīng)用例13]
[0044]本發(fā)明的電子設(shè)備的特征在于，該電子設(shè)備包含本發(fā)明的振動(dòng)兀件。
[0045]由此，能夠得到可靠性較高的電子設(shè)備。
[0046][應(yīng)用例14]
[0047]本發(fā)明的傳感器的特征在于，該傳感器包含本發(fā)明的振動(dòng)元件。
[0048]由此，能夠得到可靠性較高的傳感器。
[0049][應(yīng)用例15]
[0050]本發(fā)明的移動(dòng)體的特征在于，該移動(dòng)體包含本發(fā)明的振動(dòng)元件。
[0051]由此，能夠得到可靠性較高的移動(dòng)體。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0052]圖1是本發(fā)明第I實(shí)施方式的振子的俯視圖。
[0053]圖2是圖1中的A — A線剖視圖。
[0054]圖3是說(shuō)明振動(dòng)泄漏減少的原理的俯視圖。
[0055]圖4是圖1中的B — B線剖視圖。
[0056]圖5是說(shuō)明彎曲振動(dòng)時(shí)的熱傳導(dǎo)的振動(dòng)臂的剖視圖。
[0057]圖6是示出Q值與f/fm的關(guān)系的曲線圖。
[0058]圖7是示出通過(guò)濕式蝕刻而形成的振動(dòng)臂的剖視圖。
[0059]圖8是示出W3與Q值的關(guān)系的曲線圖。
[0060]圖9是示出W3與1/R1的關(guān)系的曲線圖。
[0061]圖10是本發(fā)明的第2實(shí)施方式的振子具有的振動(dòng)元件的俯視圖。
[0062]圖11是本發(fā)明的第3實(shí)施方式的振子的俯視圖。
[0063]圖12是圖11中的C —C線剖視圖。
[0064]圖13是本發(fā)明的第4實(shí)施方式的振子具有的振動(dòng)元件的俯視圖。
[0065]圖14是變形例的振動(dòng)元件的俯視圖。
[0066]圖15是圖14中的D — D線剖視圖。
[0067]圖16是示出本發(fā)明的振蕩器的優(yōu)選實(shí)施方式的剖視圖。
[0068]圖17是示出作為具有本發(fā)明的振動(dòng)元件的電子設(shè)備的一例的移動(dòng)型(或筆記本型)的個(gè)人計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)的立體圖。
[0069]圖18是示出作為具有本發(fā)明的振動(dòng)元件的電子設(shè)備的一例的移動(dòng)電話(包含PHS)的結(jié)構(gòu)的立體圖。
[0070]圖19是示出作為具有本發(fā)明的振動(dòng)元件的電子設(shè)備的一例的數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)的結(jié)構(gòu)的立體圖。
[0071]圖20是作為本發(fā)明的傳感器的物理量傳感器具有的振動(dòng)元件的俯視圖。
[0072]圖21是作為本發(fā)明的傳感器的物理量傳感器具有的振動(dòng)元件的俯視圖。
[0073]圖22是概略地示出作為本發(fā)明的移動(dòng)體的一例的汽車的立體圖。
[0074]標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0075]UlB:振子；10:振蕩器；11:導(dǎo)電性粘接劑；12:導(dǎo)線;2、2A、2B、2C、2D:振動(dòng)元件；3:石英基板;4、4A、4C:基部；41:主體部；42:寬度縮小部；5:振動(dòng)臂；51:臂部;511、512:主面；511a、512a:堤部；513、514:側(cè)面；52、53:槽；59 錘頭；6:振動(dòng)臂；61:臂部；611、612:主面；613、614:側(cè)面；62、63:槽；69錘頭；71、71B、73:支承臂；711:中間變細(xì)部；72框體；8:IC 芯片;84、85:驅(qū)動(dòng)用電極；9:封裝;91、91B:底座;911、911B、921B:凹部；911a:第 I凹部；911b:第2凹部；911c:第3凹部;92、92B:蓋；93:內(nèi)部端子；94:外部端子;95、96:連接端子；951、961:連接端子；952、962:貫通電極；953、963:外部端子；1100:個(gè)人計(jì)算機(jī)；1102:鍵盤；1104:主體部；1106:顯示單元；1200:移動(dòng)電話；1202:操作按鈕；1204:接聽(tīng)口 ；1206:通話口 ；1300:數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)；1302:外殼；1304:受光單元；1306:快門按鈕；1308:存儲(chǔ)器；1312:視頻信號(hào)輸出端子；1314:輸入輸出端子；1430:電視監(jiān)視器；1440:個(gè)人計(jì)算機(jī);1500:汽車；2000:顯示部；L:總長(zhǎng)；H:錘頭長(zhǎng)度；WU W2、W3:寬度；t:深度；T:厚度；C1:中心線。

【具體實(shí)施方式】
[0076]下面，根據(jù)附圖所示的優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的振動(dòng)元件、振子、振蕩器、電子設(shè)備、傳感器以及移動(dòng)體進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0077]首先，對(duì)應(yīng)用本發(fā)明的振動(dòng)元件的振子(本發(fā)明的振子)進(jìn)行說(shuō)明。
[0078]<第I實(shí)施方式>
[0079]圖1是本發(fā)明第I實(shí)施方式的振子的俯視圖，圖2是圖1中的A — A線剖視圖，圖3是說(shuō)明振動(dòng)泄漏減少的原理的俯視圖，圖4是圖1中的B — B線剖視圖，圖5是說(shuō)明彎曲振動(dòng)時(shí)的熱傳導(dǎo)的振動(dòng)臂的剖視圖，圖6是示出Q值與f/fm的關(guān)系的曲線圖，圖7是示出通過(guò)濕式蝕刻而形成的振動(dòng)臂的剖視圖，圖8是示出W3與Q值的關(guān)系的曲線圖，圖9是示出W3與1/R1的關(guān)系的曲線圖。另外，以下為了便于說(shuō)明，如圖1所示，將相互垂直的3個(gè)軸設(shè)為X軸(石英的電氣軸)、Y軸(石英的機(jī)械軸)和Z軸(石英的光學(xué)軸)。
[0080]1.振子
[0081]圖1和圖2所示的振子I具有振動(dòng)元件2 (本發(fā)明的振動(dòng)元件)和收納振動(dòng)元件2的封裝9。下面，依次對(duì)振動(dòng)元件2和封裝9進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0082](振動(dòng)元件)
[0083]如圖1、圖2、圖4所示，振動(dòng)元件2具有石英基板3以及形成在石英基板3上的第I驅(qū)動(dòng)用電極84、第2驅(qū)動(dòng)用電極85。另外，在圖1和圖2中，為了便于說(shuō)明而省略第I驅(qū)動(dòng)用電極84、第2驅(qū)動(dòng)用電極85的圖示。
[0084]石英基板3由Z切石英板構(gòu)成。由此，振動(dòng)元件2能夠發(fā)揮優(yōu)異的振動(dòng)特性。Z切石英板是將Z軸作為厚度方向的石英基板。另外，優(yōu)選Z軸與石英基板3的厚度方向一致，但是，從縮小常溫附近的頻率溫度變化的觀點(diǎn)出發(fā)，也可以相對(duì)于厚度方向稍微傾斜。
[0085]即，在設(shè)傾斜角度為Θ度(-5度< Θ < 15度)的情況下，在設(shè)由作為所述石英的電氣軸的X軸、作為機(jī)械軸的Y軸和作為光學(xué)軸的Z軸構(gòu)成的直角坐標(biāo)系的所述X軸為旋轉(zhuǎn)軸，設(shè)使所述Z軸以+Z側(cè)朝所述Y軸的一 Y方向旋轉(zhuǎn)的方式傾斜Θ度后的軸為V軸，設(shè)使所述Y軸以+Y側(cè)朝所述Z軸的+Z方向旋轉(zhuǎn)的方式傾斜θ度后的軸為Y’軸時(shí)，成為以沿著Z’軸的方向?yàn)楹穸?，以包含X軸和Y’軸的面為主面的石英基板3。
[0086]如圖1所示，石英基板3包含:基部4 ;一對(duì)振動(dòng)臂5、6，它們?cè)诨?的前端(第I端部)側(cè)從基部4起延伸；以及支承臂(支承部)71，其在振動(dòng)臂5、6之間，在與它們相同的一側(cè)從基部4起延伸。因此，基部4、振動(dòng)臂5、6和支承臂71是一體形成的。
[0087]基部4呈板狀，在XY平面上擴(kuò)展，在Z’軸方向上具有厚度?；?具有:支承/連結(jié)振動(dòng)臂5、6的部分(主體部41);以及減少振動(dòng)泄漏的寬度縮小部42。
[0088]寬度縮小部42設(shè)置于主體部41的基端(第2端部)側(cè)，即設(shè)置于振動(dòng)臂5、6延伸的一側(cè)的相反側(cè)。此外，寬度縮小部42的寬度(沿著X軸方向的長(zhǎng)度)隨著沿著振動(dòng)臂5、6之間的中心線Cl遠(yuǎn)離振動(dòng)臂5、6即遠(yuǎn)離基部4的中央(主體部41)而逐漸減小，寬度縮小部42的輪廓(緣部)呈弓狀(圓弧狀)。通過(guò)具有這樣的寬度縮小部42，能夠有效地抑制振動(dòng)元件2的振動(dòng)泄漏。
[0089]具體說(shuō)明如下。另外，為了簡(jiǎn)單說(shuō)明，假定振動(dòng)元件2的形狀關(guān)于與Y軸平行的規(guī)定的軸(中心線Cl)對(duì)稱。
[0090]首先，如圖3的(a)所示，說(shuō)明未設(shè)置寬度縮小部42的情況。在振動(dòng)臂5、6以相互遠(yuǎn)離的方式彎曲變形的情況下，在連接有振動(dòng)臂5附近的主體部41中，如箭頭所示那樣產(chǎn)生接近順時(shí)針?lè)较虻男D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的位移，在連接有振動(dòng)臂6附近的主體部41中，如箭頭所示那樣產(chǎn)生接近逆時(shí)針?lè)较虻男D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的位移(但是嚴(yán)格地說(shuō)，不是能夠稱作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)，因此，為了方便而設(shè)為“接近旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)”)。
[0091]這些位移的X軸方向分量相互朝向相反方向，因此在主體部41的X軸方向中央部抵消，+ Y軸方向的位移殘留(但是嚴(yán)格地說(shuō)，還殘留Z軸方向的位移，但是在此省略)。即，主體部41進(jìn)行X軸方向中央部朝+ Y軸方向位移那樣的彎曲變形。從具有該+ Y軸方向的位移的主體部41延伸出支承臂71，支承臂71進(jìn)行具有+ Y軸方向的位移的運(yùn)動(dòng)，因而如果在支承臂71形成粘接劑并且通過(guò)粘接劑固定到封裝時(shí)，伴隨+ Y軸方向位移的彈性能量經(jīng)由粘接劑泄漏到外部。這是被稱作振動(dòng)泄漏的損耗，是Q值劣化的原因，結(jié)果導(dǎo)致Cl值的劣化。
[0092]與此相對(duì)，如圖3的(b)所示，在設(shè)置有寬度縮小部42的情況下，寬度縮小部42具有弓狀(曲線狀)的輪廓，因此，上述接近旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的位移在寬度縮小部42處相互抵消。SP，在寬度縮小部42的X軸方向中央部，與主體部41的X軸方向中央部同樣，X軸方向的位移抵消，并且Y軸方向的位移得到抑制。而且，由于寬度縮小部42的輪廓是弓形的，因此還可抑制將在主體部41中產(chǎn)生的十Y軸方向的位移。結(jié)果，設(shè)置有寬度縮小部42時(shí)的基部4的X軸方向中央部的+Y軸方向的位移遠(yuǎn)比未設(shè)置寬度縮小部42時(shí)小。S卩，能夠得到振動(dòng)泄漏小的振動(dòng)元件。
[0093]另外，在此，寬度縮小部42的輪廓呈弓形，但是，只要是呈現(xiàn)上述作用的形狀，則不限于此。例如，也可以是如下的形狀:在俯視時(shí)寬度沿著中心線Cl分階段地縮小，輪廓通過(guò)多條直線形成為階梯狀的寬度縮小部；在俯視時(shí)寬度沿著中心線Cl呈直線狀(連續(xù)地)縮小，輪廓通過(guò)2條直線形成為山狀(三角形狀)的寬度縮小部；在俯視時(shí)寬度沿著中心線Cl呈直線狀(連續(xù)地)縮小，輪廓通過(guò)3條以上的直線而形成的寬度縮小部等。
[0094]振動(dòng)臂5、6以排列在X軸方向(第2方向)上且相互平行的方式從基部4的前端起在Y軸方向(第I方向)延伸。這些振動(dòng)臂5、6分別呈長(zhǎng)條形狀，它們的基端為固定端，前端為自由端。此外，振動(dòng)臂5、6分別具有臂部51、61以及作為施重部的錘頭(沿著X軸方向的長(zhǎng)度比臂部51、61長(zhǎng)的寬度放大部)59、69，錘頭59、69設(shè)置在臂部51、61的前端(基部4的相反側(cè))，在XY平面視圖中呈大致矩形。
[0095]另外，作為施重部的錘頭59、69成為沿著X軸方向的長(zhǎng)度比臂部51、61長(zhǎng)的寬度放大部，但不限于此，只要每單位長(zhǎng)度的質(zhì)量大于臂部51、61即可。例如，施重部也可以構(gòu)成為與臂部51、61的沿著X軸方向的長(zhǎng)度相同，并且沿著Z軸方向的厚度比臂部厚。并且，施重部也可以通過(guò)在與施重部對(duì)應(yīng)的臂部51、61的正面設(shè)置較厚的Au等金屬而構(gòu)成。另夕卜,施重部也可以由質(zhì)量密度高于臂部51、61的物質(zhì)構(gòu)成。
[0096]如圖4所示，臂部51具有:由XY平面構(gòu)成的一對(duì)主面511、512 ;以及由YZ平面構(gòu)成且連接一對(duì)主面511、512的一對(duì)側(cè)面513、514。此外，臂部51具有朝主面511敞開(kāi)的有底的槽52和朝主面512敞開(kāi)的有底的槽53。各槽52、53在Y軸方向延伸，前端位于臂部51與錘頭59的邊界部，基端位于基部4。這樣的臂部51在形成有槽52、53的部分大致呈H型的橫截面形狀。
[0097]這樣，通過(guò)在振動(dòng)臂5形成槽52、53，能夠?qū)崿F(xiàn)熱彈性損耗的減少，能夠發(fā)揮優(yōu)異的振動(dòng)特性(之后將詳細(xì)敘述)。槽52、53的長(zhǎng)度沒(méi)有特別限定，可以如本實(shí)施方式那樣，各槽52、53的前端位于臂部51與錘頭59的邊界部，但是，如果構(gòu)成為各槽52、53的前端延伸至錘頭59，則在各槽52、53的前端周圍產(chǎn)生的應(yīng)力集中得到緩解，在施加沖擊時(shí)產(chǎn)生的彎折和缺損的可能性減少?；蛘?，如果構(gòu)成為各槽52、53的前端與本實(shí)施方式相比位于基部偵牝則在臂部51與錘頭59的邊界附近產(chǎn)生的應(yīng)力集中得到緩解，在施加沖擊時(shí)產(chǎn)生的彎折和缺損的可能性減少。
[0098]另外，各槽52、53的基端延伸至基部4中，由此在它們的邊界部產(chǎn)生的應(yīng)力集中得到緩解。因此，在施加沖擊時(shí)產(chǎn)生的彎折和缺損的可能性減少。或者，如果構(gòu)成為各槽52、53的基端同基部4與臂部51的邊界相比位于Y軸方向(振動(dòng)臂5的延伸方向)，則在基部4與臂部51的邊界附近產(chǎn)生的應(yīng)力集中得到緩解，因而在施加沖擊時(shí)產(chǎn)生的彎折和缺損的可能性減少。
[0099]另外，優(yōu)選以振動(dòng)臂5的截面重心與振動(dòng)臂5的截面形狀的中心一致的方式，相對(duì)于振動(dòng)臂5的位置在X軸方向調(diào)整槽52、53的位置而形成槽52、53。由此，減少振動(dòng)臂5的不必要的振動(dòng)(具體而言，是具有面外方向分量的傾斜振動(dòng))，因此能夠減少振動(dòng)泄漏。此夕卜，該情況下，能夠減少產(chǎn)生多余振動(dòng)的情況，因此驅(qū)動(dòng)區(qū)域相對(duì)增大而能夠減小Cl值。
[0100]另外，可以使錘頭59的X軸方向中心略微偏離振動(dòng)臂5的X軸方向中心。這樣，能夠減少在彎曲振動(dòng)時(shí)由于振動(dòng)臂5扭曲而產(chǎn)生的基部4的Z軸方向的振動(dòng)，因而能夠抑制振動(dòng)泄漏。
[0101]以上，對(duì)振動(dòng)臂5進(jìn)行了說(shuō)明。振動(dòng)臂6是與振動(dòng)臂5相同的結(jié)構(gòu)。S卩，臂部61具有:由XY平面構(gòu)成的一對(duì)主面611、612 ;以及由YZ平面構(gòu)成且連接一對(duì)主面611、612的一對(duì)側(cè)面613、614。此外,臂部61具有朝主面611敞開(kāi)的有底的槽62和朝主面612敞開(kāi)的有底的槽63。各槽62、63在Y軸方向延伸，前端位于臂部61與錘頭69的邊界部,基端位于基部4。這樣的臂部61在形成有槽62、63的部分大致呈H型的橫截面形狀。
[0102]另外，可以使錘頭69的X軸方向中心略微偏離振動(dòng)臂6的X軸方向中心。這樣，能夠減少在彎曲振動(dòng)時(shí)由于振動(dòng)臂6扭曲而產(chǎn)生的基部4的Z軸方向的振動(dòng)，因而能夠抑制振動(dòng)泄漏。
[0103]如圖4所示，在振動(dòng)臂5上形成有一對(duì)第I驅(qū)動(dòng)用電極84和一對(duì)第2驅(qū)動(dòng)用電極85。具體而言，第I驅(qū)動(dòng)用電極84的一方形成于槽52的內(nèi)表面(側(cè)面)，另一方形成于槽53的內(nèi)表面(側(cè)面)。此外，第2驅(qū)動(dòng)用電極85的一方形成于側(cè)面513，另一方形成于側(cè)面514。同樣，在振動(dòng)臂6上也形成有一對(duì)第I驅(qū)動(dòng)用電極84和一對(duì)第2驅(qū)動(dòng)用電極85。具體而言，第I驅(qū)動(dòng)用電極84的一方形成于側(cè)面613,另一方形成于側(cè)面614。此外,第2驅(qū)動(dòng)用電極85的一方形成于槽62的內(nèi)表面(側(cè)面)，另一方形成于槽63的內(nèi)表面(側(cè)面)。
[0104]在向這些第I驅(qū)動(dòng)用電極84、第2驅(qū)動(dòng)用電極85之間施加交變電壓時(shí)，振動(dòng)臂5、6以反復(fù)彼此接近、離開(kāi)的方式在面內(nèi)方向(XY平面方向)以規(guī)定的頻率進(jìn)行振動(dòng)。
[0105]作為第I驅(qū)動(dòng)用電極84、第2驅(qū)動(dòng)用電極85的構(gòu)成材料，沒(méi)有特別限定，可以舉出金(Au)、金合金、鉬(Pt)、鋁(Al)、鋁合金、銀(Ag)、銀合金、鉻(Cr)、鉻合金、鎳(Ni)、鎳合金、銅(Cu)、鑰(Mo)、鈮(Nb)、鎢(W)、鐵(Fe)、鈦(Ti)、鈷(Co)、鋅(Zn) Jg(Zr)等金屬材料以及氧化銦錫(ITO)等導(dǎo)電材料。
[0106]作為第I驅(qū)動(dòng)用電極84、第2驅(qū)動(dòng)用電極85的具體結(jié)構(gòu)，例如可設(shè)為在700 □以下的Cr層上形成700 □以下的Au層的結(jié)構(gòu)。特別是Cr和Au的熱彈性損耗較大，因此Cr層、Au層優(yōu)選設(shè)為200 □以下。并且，在要提高絕緣破壞耐性的情況下，Cr層、Au層優(yōu)選設(shè)為1000 □以上。此外，Ni與石英的熱膨脹系數(shù)接近，因此通過(guò)替代Cr層而將Ni層設(shè)為基底，能夠得到由于電極引起的熱應(yīng)力減少且長(zhǎng)期可靠性(老化特性)良好的振動(dòng)元件2。
[0107]如上所述，在振動(dòng)元件2中，通過(guò)在振動(dòng)臂5、6上形成槽52、53、62、63，能夠?qū)崿F(xiàn)熱彈性損耗的減少。以下關(guān)于該情況，以振動(dòng)臂5為例具體進(jìn)行說(shuō)明。
[0108]如上所述，振動(dòng)臂5通過(guò)在第I驅(qū)動(dòng)用電極84、第2驅(qū)動(dòng)用電極85之間施加交變電壓而在面內(nèi)方向上進(jìn)行彎曲振動(dòng)。如圖5所示，在該彎曲振動(dòng)時(shí)，當(dāng)臂部51的側(cè)面513收縮時(shí)，側(cè)面514拉伸，相反，當(dāng)側(cè)面513拉伸時(shí)，側(cè)面514收縮。在振動(dòng)臂5不產(chǎn)生Gough —Joule效應(yīng)的(能量彈性相對(duì)于熵彈性是支配性的)情況下，側(cè)面513、514中的進(jìn)行收縮的面?zhèn)鹊臏囟壬仙?，進(jìn)行拉伸的面?zhèn)鹊臏囟认陆担蚨趥?cè)面513與側(cè)面514之間即臂部51的內(nèi)部產(chǎn)生溫度差。由于基于這樣的溫度差產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)，產(chǎn)生振動(dòng)能量的損耗，由此振動(dòng)元件2的Q值降低。將這樣的成為Q值降低的原因的能量損耗稱作熱彈性損耗。
[0109]在振動(dòng)元件2那樣的結(jié)構(gòu)的以彎曲振動(dòng)模式進(jìn)行振動(dòng)的振動(dòng)元件中，當(dāng)振動(dòng)臂5的彎曲振動(dòng)頻率(機(jī)械的彎曲振動(dòng)頻率)f發(fā)生變化時(shí)，振動(dòng)臂5的彎曲振動(dòng)頻率與熱緩和頻率fm —致時(shí)Q值最小。該熱緩和頻率fm能夠根據(jù)fm=l/ (2π τ )求出(其中，式中的Ji是圓周率，如果將e設(shè)為納皮爾常數(shù)，則τ是溫度差通過(guò)熱傳導(dǎo)而成為e-1倍所需的緩和時(shí)間)。
[0110]此外，如果將振動(dòng)臂5被視為平板構(gòu)造(截面形狀是矩形的構(gòu)造)時(shí)的熱緩和頻率設(shè)為fmO,則fmO能夠用下式求出。
[0111]fmO= n k/ (2 P Cpa2)......(I)
[0112]其中，π是圓周率，k是振動(dòng)臂5的振動(dòng)方向的導(dǎo)熱系數(shù)，P是振動(dòng)臂5的質(zhì)量密度，Cp是振動(dòng)臂5的熱容，a是振動(dòng)臂5的振動(dòng)方向的寬度(有效寬度)。在對(duì)式(I)中的導(dǎo)熱系數(shù)k、質(zhì)量密度P、熱容Cp輸入振動(dòng)臂5的材料自身(即石英)的常數(shù)的情況下，求出的熱緩和頻率fmO成為未在振動(dòng)臂5設(shè)置槽52、53時(shí)的值。
[0113]在振動(dòng)臂5中，以位于側(cè)面513、514之間的方式形成有槽52、53。因此，以繞過(guò)槽52,53的方式形成熱移動(dòng)路徑，熱移動(dòng)路徑比側(cè)面513、514間的直線距離(最短距離)長(zhǎng)，該熱移動(dòng)路徑用于通過(guò)熱傳導(dǎo)消除在振動(dòng)臂5的彎曲振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的側(cè)面513、514的溫度差。因此，與未在振動(dòng)臂5設(shè)置槽52、53的情況相比，緩和時(shí)間τ增長(zhǎng)，熱緩和頻率fm降低。
[0114]圖6是表示彎曲振動(dòng)模式的振動(dòng)元件的Q值的f/fm依存性的曲線圖。在該圖中，虛線表示的曲線Fl示出如振動(dòng)元件2那樣在振動(dòng)臂上形成有槽的情況(振動(dòng)臂的橫截面形狀為H型的情況)，實(shí)線表示的曲線F2示出未在振動(dòng)臂上形成槽的情況(振動(dòng)臂的橫截面形狀為矩形的情況)。如該圖所示，曲線F1、F2的形狀相同，但是，伴隨上述熱緩和頻率fm的降低，曲線Fl相對(duì)于曲線F2向頻率比降低方向移動(dòng)。因此，如果設(shè)如振動(dòng)元件2那樣在振動(dòng)臂上形成有槽時(shí)的熱緩和頻率為fml，則通過(guò)滿足下述式(2)，在振動(dòng)臂上形成有槽的振動(dòng)元件的Q值將始終高于未在振動(dòng)臂上形成槽的振動(dòng)元件的Q值。
[0115]

【權(quán)利要求】
1.一種振動(dòng)元件，其特征在于，該振動(dòng)元件包含: 基部;以及 至少一個(gè)振動(dòng)臂，其在俯視時(shí)從所述基部起沿著第I方向延伸，在彼此處于正反關(guān)系的一對(duì)主面中的至少一個(gè)主面上設(shè)有槽， 在所述振動(dòng)臂的主面中， 在俯視時(shí)所述振動(dòng)臂的一個(gè)外緣與所述槽的所述一個(gè)外緣側(cè)的緣部之間的沿著與所述第I方向垂直的第2方向的寬度、以及所述振動(dòng)臂的另一個(gè)外緣與所述槽的所述另一個(gè)外緣側(cè)的緣部之間的沿著所述第2方向的寬度為6μπι以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)元件，其中，所述寬度為Iym以上3μπι以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的振動(dòng)元件，其中，在設(shè)所述槽的最大深度為t，所述振動(dòng)臂的厚度為T時(shí)，用2t/T表示的η為0.6以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的振動(dòng)元件，其中，所述振動(dòng)臂的厚度為50μ m以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)元件，其中，所述振動(dòng)臂包含施重部和臂部，該臂部在俯視時(shí)配置在所述施重部與所述基部之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的振動(dòng)元件，其中，所述施重部是沿著所述第2方向的長(zhǎng)度比所述臂部長(zhǎng)的寬度放大部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)元件，其中，所述振動(dòng)元件包含從所述基部起延伸的支承部。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的振動(dòng)元件，其中， 所述振動(dòng)臂由沿著所述第2方向排列配置的一對(duì)振動(dòng)臂構(gòu)成， 所述支承部在俯視時(shí)配置在所述一對(duì)振動(dòng)臂之間，從所述基部起沿著所述第I方向延伸。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的振動(dòng)元件，其中，所述支承部包含在俯視時(shí)至少包圍所述基部和所述振動(dòng)臂的框體。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)元件，其中，所述基部在俯視時(shí)所述第I方向側(cè)的第I端部側(cè)和所述第I方向的相反反向側(cè)的第2端部側(cè)中的至少一方包含寬度縮小部，該寬度縮小部的沿著所述第2方向的長(zhǎng)度隨著沿著所述第I方向從所述基部的內(nèi)側(cè)朝向外側(cè)而連續(xù)地或者分階段地縮小。
11.一種振子,其特征在于,該振子包含: 權(quán)利要求1所述的振動(dòng)元件；以及 搭載有所述振動(dòng)元件的封裝。
12.一種振蕩器，其特征在于，該振蕩器包含: 權(quán)利要求1所述的振動(dòng)元件；以及 振蕩電路。
13.一種電子設(shè)備，其特征在于，該電子設(shè)備包含權(quán)利要求1所述的振動(dòng)元件。
14.一種傳感器，其特征在于，該傳感器包含權(quán)利要求1所述的振動(dòng)元件。
15.一種移動(dòng)體，其特征在于，該移動(dòng)體包含權(quán)利要求1所述的振動(dòng)元件。
【文檔編號(hào)】H03H9/02GK104079263SQ201410116475
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月29日
【發(fā)明者】山田明法 申請(qǐng)人:精工愛(ài)普生株式會(huì)社