專利名稱：振動(dòng)片、振子、振蕩器、電子設(shè)備以及頻率調(diào)整方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及振動(dòng)片、振子、振蕩器、電子設(shè)備以及頻率調(diào)整方法。
背景技術(shù)：
在具有振動(dòng)臂的振子中，公知有振動(dòng)臂不是在面內(nèi)進(jìn)行振動(dòng)，而是沿振動(dòng)臂的厚 度方向進(jìn)行振動(dòng)(面外振動(dòng))的振動(dòng)片。該振動(dòng)片一般有奇數(shù)個(gè)振動(dòng)臂，在具有3個(gè)以上 的振動(dòng)臂的情況下，進(jìn)行使相鄰的振動(dòng)臂交替重復(fù)相反方向的振動(dòng)這樣的振動(dòng)(工作模式 振動(dòng))。進(jìn)行面內(nèi)振動(dòng)的音叉型的振子中的頻率(諧振頻率)調(diào)整是通過(guò)在振動(dòng)臂的前端 部的振動(dòng)方向的平面上設(shè)置施重部，并向該施重部照射激光等去除施重部的一部分來(lái)進(jìn)行 的。這是通過(guò)去除施重部的一部分來(lái)減少振動(dòng)臂的重量，由此依次提高頻率，進(jìn)行頻率調(diào)整 (例如參照專利文獻(xiàn)1)。與此相對(duì)，進(jìn)行面外振動(dòng)的振子的頻率(諧振頻率)與振動(dòng)臂在振動(dòng)方向上的厚 度成正比，與振動(dòng)臂的長(zhǎng)度的平方成反比。因此，頻率調(diào)整是通過(guò)不向成為振動(dòng)臂厚度的面 附加施重部而向振動(dòng)臂的側(cè)面附加施重部，照射激光來(lái)去除該側(cè)面的施重部的一部分而進(jìn) 行的。專利文獻(xiàn)1日本特開(kāi)2003-318685號(hào)公報(bào)在實(shí)現(xiàn)進(jìn)行面外振動(dòng)的振子小型化的情況下，由于振動(dòng)臂的長(zhǎng)度縮短，因而為了 獲得相同頻率，有必要使振動(dòng)臂的厚度變薄。然而，難以與以往同樣地向薄的振動(dòng)臂的側(cè)面附加施重部。并且，即使能向振動(dòng)臂 的側(cè)面附加施重部，也非常難以照射激光來(lái)去除該施重部的一部分，期望的是，進(jìn)行面外振 動(dòng)的振子的頻率調(diào)整容易且高精度地進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了解決上述課題的至少一部分而完成的，能作為以下方式或應(yīng)用例 來(lái)實(shí)現(xiàn)。[應(yīng)用例1]本應(yīng)用例涉及的振動(dòng)片，其特征在于，該振動(dòng)片具有基部，其設(shè)置在 包含第1軸和與該第1軸正交的第2軸的平面上；振動(dòng)臂，其從所述基部起沿著第1軸方向 延伸；以及第1質(zhì)量部，其調(diào)整所述振動(dòng)臂的諧振頻率，所述振動(dòng)臂在與所述平面垂直的方 向上彎曲振動(dòng)，且具有第1面和第2面，所述第1面由于彎曲振動(dòng)而壓縮或拉伸，所述第2 面在所述第1面壓縮時(shí)拉伸，在所述第1面拉伸時(shí)壓縮，所述第1質(zhì)量部設(shè)置在所述第1面 和所述第2面中的至少一個(gè)面上，且設(shè)置在所述振動(dòng)臂的基部側(cè)的端部到前端部的長(zhǎng)度的 大致中心上。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，振動(dòng)片的第1質(zhì)量部形成在振動(dòng)臂長(zhǎng)度的大致中心上。在該振動(dòng)臂 的中心存在頻率由于質(zhì)量增減而增減的施重效應(yīng)、與頻率由于振動(dòng)臂的厚度而增減的厚度 效應(yīng)的邊界。例如，在去除了膜等的情況下，在施重效應(yīng)為支配性的部分上，將頻率向+側(cè)調(diào)整得較高，在厚度效應(yīng)為支配性的部分上，將頻率向-側(cè)調(diào)整得較低。在附加了膜的情況 下，與此相反，在施重效應(yīng)為支配性的部分上，將頻率向-側(cè)調(diào)整得較低，在厚度效應(yīng)為支 配性的部分上，將頻率向+側(cè)調(diào)整得較高。由此，能夠在該振動(dòng)臂的中心上將振動(dòng)片的頻率向+側(cè)、-側(cè)調(diào)整，此外，該頻率調(diào) 整造成的頻率變化量較小，從而能夠進(jìn)行容易且高精度的頻率調(diào)整。[應(yīng)用例2]在上述應(yīng)用例涉及的振動(dòng)片中，期望的是，所述第1質(zhì)量部使用金膜。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，第1質(zhì)量部是金膜，因此容易去除金膜的一部分，從而能夠進(jìn)行良好 的頻率調(diào)整。[應(yīng)用例3]在上述應(yīng)用例涉及的振動(dòng)片中，期望的是，在所述第1質(zhì)量部上設(shè)置有 狹縫。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在第1質(zhì)量部上形成有狹縫。即，在面上稀疏地形成有金屬膜，因此 在去除金屬膜來(lái)進(jìn)行振動(dòng)片的頻率調(diào)整時(shí)，能夠去除微小的量，從而頻率的變化量較小，能 夠高精度地調(diào)節(jié)頻率。[應(yīng)用例4]在上述應(yīng)用例涉及的振動(dòng)片中，期望的是，所述第1質(zhì)量部設(shè)置在相對(duì) 于振動(dòng)臂的全長(zhǎng)L，從基部側(cè)的端部起0. 30L以上、0. 65L以下的范圍的至少一部分上。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在設(shè)置在從基部側(cè)的端部起0. 30L 0. 65L之間的位置上的第1質(zhì) 量部上，能夠通過(guò)去除金膜來(lái)進(jìn)行頻率偏差士 IOOOppm的頻率調(diào)整。由此，在振動(dòng)片的頻率 調(diào)整中，能夠?qū)㈩l率向+側(cè)變高的方向調(diào)整，還能夠?qū)㈩l率向-側(cè)變低的方向調(diào)整。因此， 在該第1質(zhì)量部上能夠進(jìn)行調(diào)整范圍較寬的頻率調(diào)整，并且能夠進(jìn)行高精度的振動(dòng)片的頻 率調(diào)整。[應(yīng)用例5]在上述應(yīng)用例涉及的振動(dòng)片中，期望的是，所述第1質(zhì)量部設(shè)置在相對(duì) 于振動(dòng)臂的全長(zhǎng)L，從基部側(cè)的端部起0. 42L以上、0. 57L以下的范圍的至少一部分上。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在設(shè)置在從基部側(cè)的端部起0. 42L 0. 57L之間的位置上的第1質(zhì) 量部上，能夠通過(guò)去除金膜來(lái)進(jìn)行頻率偏差士200ppm的頻率調(diào)整。由此，在振動(dòng)片的頻率 調(diào)整中，能夠?qū)㈩l率向+側(cè)變高的方向調(diào)整，還能夠?qū)㈩l率向-側(cè)變低的方向調(diào)整。因此， 在該第1質(zhì)量部上能夠進(jìn)行調(diào)整范圍較窄的頻率調(diào)整，并且能夠進(jìn)行高精度的振動(dòng)片的頻 率調(diào)整。[應(yīng)用例6]在上述應(yīng)用例涉及的振動(dòng)片中，期望的是，在所述振動(dòng)臂的前端部的 所述第1面和所述第2面中的至少一個(gè)面上，還設(shè)置有調(diào)整諧振頻率的第2質(zhì)量部。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠用振動(dòng)臂的前端部的粗調(diào)用第2質(zhì)量部進(jìn)行粗調(diào)，用大致中心 的第1質(zhì)量部進(jìn)行微調(diào)。因此，能夠?qū)⒄{(diào)整量較多的振動(dòng)片的頻率調(diào)整中的加工時(shí)間設(shè)為 短時(shí)間。[應(yīng)用例7]本應(yīng)用例涉及的頻率調(diào)整方法，其特征在于，該頻率調(diào)整方法具有準(zhǔn) 備振動(dòng)片的步驟；以及微調(diào)步驟，通過(guò)改變第1質(zhì)量部的質(zhì)量來(lái)調(diào)整振動(dòng)臂的諧振頻率，其 中，所述振動(dòng)片具有基部，其形成在包含第1軸和與該第1軸正交的第2軸的平面上；所述 振動(dòng)臂，其從所述基部起沿著第1軸方向延伸；以及所述第1質(zhì)量部，其調(diào)整所述振動(dòng)臂的 諧振頻率，所述振動(dòng)臂在與所述平面垂直的方向上彎曲振動(dòng)，且具有第1面和第2面，所述 第1面由于彎曲振動(dòng)而壓縮或拉伸，所述第2面在所述第1面壓縮時(shí)拉伸，在所述第1面拉 伸時(shí)壓縮，所述第1質(zhì)量部形成在所述第1面和所述第2面中的至少一個(gè)面上，且形成在所述振動(dòng)臂的基部側(cè)的端部到前端部的長(zhǎng)度的大致中心上。根據(jù)該頻率調(diào)整方法，通過(guò)改變形成在振動(dòng)臂長(zhǎng)度的大致中心上的第1質(zhì)量部的 質(zhì)量來(lái)進(jìn)行振動(dòng)片的諧振頻率的微調(diào)。在該振動(dòng)臂的中心存在頻率由于質(zhì)量增減而增減的施重效應(yīng)、與頻率由于振動(dòng)臂 的厚度而增減的厚度效應(yīng)的邊界。例如，在去除了膜等的情況下，在施重效應(yīng)為支配性的 部分上，將頻率向+側(cè)調(diào)整得較高，在厚度效應(yīng)為支配性的部分上，將頻率向-側(cè)調(diào)整得較 低。在附加了膜的情況下，與此相反，在施重效應(yīng)為支配性的部分上，將頻率向-側(cè)調(diào)整得 較低，在厚度效應(yīng)為支配性的部分上，將頻率向+側(cè)調(diào)整得較高。由此，能夠在該振動(dòng)臂的中心上將振動(dòng)片的頻率向+側(cè)、-側(cè)調(diào)整，此外，該頻率調(diào) 整造成的頻率變化量較小，從而能夠進(jìn)行容易且高精度的頻率調(diào)整。[應(yīng)用例8]在上述應(yīng)用例涉及的頻率調(diào)整方法中，期望的是，所述振動(dòng)片的頻率 被設(shè)定為在所述微調(diào)步驟之前低于目標(biāo)頻率，從相對(duì)于所述振動(dòng)臂的所述第1軸方向的長(zhǎng) 度的大致中心形成在前端部側(cè)的所述第1質(zhì)量部減少質(zhì)量。根據(jù)該頻率調(diào)整方法，從相對(duì)于振動(dòng)臂的第1軸方向的長(zhǎng)度中心形成在前端部側(cè) 的第1質(zhì)量部減少質(zhì)量。由此，能夠在最初較大地改變頻率，從而能夠進(jìn)行有效的頻率調(diào) 離
iF. ο[應(yīng)用例9]在上述應(yīng)用例涉及的頻率調(diào)整方法中，期望的是，所述第1質(zhì)量部使用 金膜，通過(guò)用激光去除所述金膜來(lái)減少所述第1質(zhì)量部的質(zhì)量。根據(jù)該頻率調(diào)整方法，向金膜照射激光，去除金膜的一部分來(lái)減少第1質(zhì)量部的 質(zhì)量。能夠利用激光容易地去除金膜，能夠進(jìn)行高效率的頻率調(diào)整。[應(yīng)用例10]本應(yīng)用例涉及的振子，其特征在于，該振子具有上述應(yīng)用例中的任 意一例所述的振動(dòng)片；以及收納所述振動(dòng)片的封裝。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，振子具有頻率調(diào)整容易且能高精度地進(jìn)行頻率調(diào)整的振動(dòng)片，可提 供頻率精度優(yōu)良的振子。[應(yīng)用例11]本應(yīng)用例涉及的振蕩器，其特征在于，該振蕩器具有上述應(yīng)用例中 的任意一例所述的振動(dòng)片；以及與所述振動(dòng)片連接的電路元件。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，振蕩器具有頻率調(diào)整容易且能高精度地進(jìn)行頻率調(diào)整的振動(dòng)片，可 提供頻率精度優(yōu)良的振蕩器。[應(yīng)用例12]本應(yīng)用例涉及的電子設(shè)備，其特征在于，該電子設(shè)備使用上述應(yīng)用例 中的任意一例所述的振動(dòng)片。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，對(duì)于電子設(shè)備，可提供起到上述應(yīng)用例1 上述應(yīng)用例6中的任意一 例所述的效果的電子設(shè)備。


圖1是說(shuō)明進(jìn)行面外振動(dòng)的振動(dòng)片的一例的概略立體圖。圖2是示出形成在振動(dòng)臂上的金屬膜的形成位置和頻率的關(guān)系的曲線圖。圖3示出第1實(shí)施方式的振動(dòng)片的結(jié)構(gòu)，圖3(a)是概略俯視圖，圖3 (b)是沿著該 圖3(a)的A-A線段的概略截面圖，圖3(c)是沿著該圖3(a)的B-B線段的概略截面圖。圖4是與第1實(shí)施方式中的頻率調(diào)整范圍(調(diào)整量)和質(zhì)量部相對(duì)于振動(dòng)臂長(zhǎng)度
6的位置相關(guān)的曲線圖。圖5是說(shuō)明第1實(shí)施方式中的振動(dòng)片中的頻率調(diào)整進(jìn)程的示意圖。圖6是示出變形例中的第1質(zhì)量部的金屬膜結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。圖7示出第2實(shí)施方式的振子結(jié)構(gòu)，圖7(a)是概略俯視圖，圖7(b)是沿著該圖 7(a)的G-G線段的概略截面圖。圖8示出第3實(shí)施方式的振蕩器結(jié)構(gòu)，圖8(a)是概略俯視圖，圖8 (b)是沿著該圖 8(a)的H-H線段的概略截面圖。標(biāo)號(hào)說(shuō)明1 振動(dòng)片；5 振子；6 振蕩器；11、12、13 振動(dòng)臂；11a、12a、13a 第 1 面；lib、 12b、13b 第2面；15 基部；21,22,23 下部電極；31,32,33 壓電膜；41,42,43 上部電極； 45,46 安裝電極；47,48 連接部；51,52,53 第1質(zhì)量部；54 槽部；55,56,57 粗調(diào)用的第 2質(zhì)量部；59 激光加工線；61、62、63 壓電元件；81 作為收容器的陶瓷封裝；82 接縫環(huán)； 83 外部連接端子；84 導(dǎo)電性粘接劑；85 蓋體；86 貫通孔；87 密封材料；88 連接焊盤； 91 作為電路元件的IC芯片；92 金屬線。
具體實(shí)施例方式在說(shuō)明實(shí)施方式之前，為了理解本發(fā)明，先說(shuō)明進(jìn)行面外振動(dòng)的振動(dòng)片中的質(zhì)量 部和頻率的關(guān)系。圖1是說(shuō)明進(jìn)行面外振動(dòng)的振動(dòng)片的一例的概略立體圖。圖2是示出形成在振動(dòng) 臂上的金屬膜的形成位置和頻率的關(guān)系的曲線圖。如圖1所示，進(jìn)行面外振動(dòng)的振動(dòng)片1具有基部15以及從基部15平行延伸的3 個(gè)振動(dòng)臂11、12、13。這里，當(dāng)將振動(dòng)臂11、12、13延伸的方向設(shè)為Y方向(第1軸)，將與Y方向正交且 振動(dòng)臂11、12、13排列的方向設(shè)為X方向(第2軸)時(shí)，將與Y方向和X方向正交的方向設(shè) 為ζ方向。面外振動(dòng)是這樣的振動(dòng)振動(dòng)臂的前端朝Z方向，也就是與XY平面垂直的方向振 動(dòng)，而且重復(fù)振動(dòng)以達(dá)到與相鄰的振動(dòng)臂相反的方向。這樣的振動(dòng)由于離開(kāi)形成有振動(dòng)臂 的XY平面進(jìn)行振動(dòng)，因而一般稱為面外振動(dòng)。因此，在振動(dòng)臂11、13朝+Z方向振動(dòng)且振動(dòng)臂12朝-Z方向振動(dòng)的情況下，對(duì)于 形成在XY平面上的振動(dòng)臂11、12、13的對(duì)置的第1面11a、1加、13a和第2面lib、12b、13b， 第1面lla、13a壓縮，第2面llb、l!3b拉伸，另一方面，第1面1 拉伸，第2面12b壓縮。 并且，在振動(dòng)臂11、13朝-Z方向振動(dòng)且振動(dòng)臂12朝+Z方向振動(dòng)的情況下，壓縮和拉伸的 關(guān)系與上述相反。另外，振動(dòng)臂不限于3個(gè)，可以是1個(gè)，也可以是5個(gè)。在這樣的進(jìn)行面外振動(dòng)的振動(dòng)片中，將振動(dòng)片的諧振頻率設(shè)為f，將振動(dòng)臂的全長(zhǎng) 設(shè)為L(zhǎng)，將振動(dòng)臂的振動(dòng)方向的厚度設(shè)為t，則具有foe (t/L2)的關(guān)系。也就是說(shuō)，進(jìn)行面外振動(dòng)的振動(dòng)片的諧振頻率f與振動(dòng)臂的振動(dòng)方向的厚度t成 正比，與振動(dòng)臂的全長(zhǎng)L的平方成反比。在這樣的振動(dòng)片的基本特性中，與音叉型的進(jìn)行面內(nèi)振動(dòng)的振動(dòng)片一樣，在位于 XY平面內(nèi)的振動(dòng)臂的第1面或第2面上進(jìn)行膜的附加或膜的去除來(lái)進(jìn)行頻率調(diào)整的情況下，有必要不僅考慮單純的施重效應(yīng)，而且還考慮厚度變化。因此，可以認(rèn)為，難以通過(guò)在振 動(dòng)臂的第1面或第2面上進(jìn)行膜的附加或膜的去除來(lái)進(jìn)行頻率調(diào)整。因此，發(fā)明人將在基部上形成有1個(gè)振動(dòng)臂的進(jìn)行面外振動(dòng)的振動(dòng)片作為模型， 在位于XY平面內(nèi)的振動(dòng)臂的一面上形成金屬膜，模擬將該金屬膜從振動(dòng)臂的前端側(cè)消除 時(shí)的頻率變化來(lái)進(jìn)行考察。圖2是其曲線圖，縱軸為歸一化的頻率變化量Δ f，橫軸為相對(duì)于振動(dòng)臂全長(zhǎng)L的 距作為頻率調(diào)整膜的金屬膜基部的長(zhǎng)度?？v軸的Af是這樣的數(shù)值將在振動(dòng)臂上未形成 金屬膜(頻率調(diào)整膜)時(shí)的頻率設(shè)為f0，將形成金屬膜(頻率調(diào)整膜)時(shí)的頻率設(shè)為f時(shí)， 設(shè)Af= (f_f0)/f，然后歸一化為Af (歸一化)=Af/(Af的最大值)以使Af的最大 值為1。另外，該曲線圖是形成金(Au)膜作為金屬膜時(shí)的數(shù)據(jù)。根據(jù)圖2的曲線圖，當(dāng)從前端側(cè)逐漸消除形成在振動(dòng)臂上的金屬膜時(shí)，頻率以依 次增高的方式變化，在振動(dòng)臂的大致中心，頻率變化為零。然后，當(dāng)進(jìn)一步朝向基部去除金 屬膜時(shí)，此次頻率以降低的方式變化。并且，頻率的變化量越接近中心就越小。以振動(dòng)臂的長(zhǎng)度的大致中心為界，在振動(dòng)臂的前端側(cè)施重效應(yīng)是支配性的，由于 金屬膜的去除，頻率朝增高的方向變化。并且，從振動(dòng)臂的長(zhǎng)度的大致中心到振動(dòng)臂的基部 側(cè)，厚度效應(yīng)是支配性的，由于金屬膜的去除，頻率朝降低的方向變化。這樣，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在振動(dòng)臂的長(zhǎng)度的大致中心存在頻率變化方向不同的邊界。并 且，根據(jù)這些發(fā)現(xiàn)，發(fā)明人創(chuàng)造了本發(fā)明。以下，依照

使本發(fā)明具體化的實(shí)施方式。另外，在以下說(shuō)明中使用的各個(gè) 附圖中，為了使各部件具有可識(shí)別的大小，適當(dāng)變更了各部件的尺寸比例。(第1實(shí)施方式)圖3示出本實(shí)施方式的振動(dòng)片的結(jié)構(gòu)，圖3(a)是概略俯視圖，圖3 (b)是沿著該圖 3(a)的A-A線段的概略截面圖，圖3(c)是沿著該圖3(a)的B-B線段的概略截面圖。振動(dòng)片1是這樣的形式當(dāng)使用直角坐標(biāo)系展開(kāi)為XY平面時(shí)，設(shè)Z方向?yàn)楹穸取?振動(dòng)片1具有3個(gè)振動(dòng)臂11、12、13，振動(dòng)臂11、12、13沿X方向(第2軸方向)排列，并且 沿Y方向(第1軸方向)相互平行延伸。此外，振動(dòng)臂11、12、13與基部15連接，各振動(dòng) 臂11、12、13構(gòu)成成為懸臂結(jié)構(gòu)的振動(dòng)片1。此時(shí)，可以說(shuō)基部15形成在包含Y方向(第1 軸)和與Y方向(第1軸)正交的X方向(第2軸)的平面(XY平面)上。在接近振動(dòng)臂11、12、13的基部15的位置上分別形成有壓電元件61、62、63。如圖3(b)所示，形成在振動(dòng)臂11上的壓電元件61設(shè)在規(guī)定振動(dòng)臂11的厚度的 對(duì)置面(垂直于Z方向的面)的一個(gè)面?zhèn)?。此外，壓電元?1是將下部電極21、壓電膜31 以及上部電極41層疊而形成的。另外，盡管未圖示，然而也可以在壓電膜31和上部電極41 之間形成絕緣膜。這樣，通過(guò)使下部電極21和上部電極41隔著壓電膜31對(duì)置來(lái)形成壓電元件61， 通過(guò)向各電極間施加正負(fù)電壓，壓電膜能壓縮或拉伸。此外，壓電膜壓縮或拉伸，由此可使 振動(dòng)臂11沿Z方向位移。同樣，形成在振動(dòng)臂12、13上的壓電元件62、63是將下部電極22、23、壓電膜32、 33以及上部電極42、43層疊在規(guī)定振動(dòng)臂11的厚度的對(duì)置面的一個(gè)面?zhèn)榷纬傻摹４送?，下部電極21、22、23以及上部電極41、42、43被引出到振動(dòng)片1的基部15，固定在收容器等的基座上，與實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)通的安裝電極45、46連接。并且構(gòu)成為設(shè)有連接下部 電極21、23和上部電極42的連接部47，而且設(shè)有連接下部電極22和上部電極41、43的連 接部48，壓電元件61、63和壓電元件62的極性相反。通過(guò)這樣構(gòu)成，在振動(dòng)臂11、13朝+Z 方向振動(dòng)的情況下，振動(dòng)臂12朝-Z方向振動(dòng)。如圖3(c)所示，在與振動(dòng)臂11的形成有壓電元件61的面相同的面上設(shè)有第1質(zhì) 量部51。該第1質(zhì)量部51由金(Au)膜形成。另外，為了提高金膜與基體材料的密合力，也 可以在金膜的基底上形成鉻(Cr)膜等基底層。另外，也可以代替金膜而采用鋁(Al)膜等
金屬膜。該第1質(zhì)量部51是為了調(diào)整振動(dòng)臂11的頻率而設(shè)置的，通過(guò)去除金膜的一部分 來(lái)調(diào)整振動(dòng)臂11的頻率。此外，第1質(zhì)量部51形成在振動(dòng)臂11的大致中心上。接著，針對(duì)配置在振動(dòng)臂上的第1質(zhì)量部51的位置進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖4是與頻率調(diào)整范圍(調(diào)整量)和相對(duì)于振動(dòng)臂全長(zhǎng)L的第1質(zhì)量部與基部的 位置相關(guān)的曲線圖。該曲線圖與在圖2中說(shuō)明的曲線圖相同，是形成金膜作為第1質(zhì)量部 時(shí)的數(shù)據(jù)。根據(jù)該曲線圖，當(dāng)從前端側(cè)逐漸消除形成在振動(dòng)臂上的金膜時(shí)，頻率以依次增高 的方式變化，在振動(dòng)臂的大致中央(0.5L)，頻率變化為零。然后，當(dāng)進(jìn)一步朝向基部去除金 膜時(shí)，此次頻率以降低的方式變化。并且，頻率的變化量越接近中央(0.5L)就越小。由此， 以振動(dòng)臂的長(zhǎng)度中心為界，在振動(dòng)臂的前端側(cè)施重效應(yīng)是支配性的，由于金屬膜的去除，頻 率朝增高的方向變化。并且，從振動(dòng)臂的長(zhǎng)度的大致中心到振動(dòng)臂的基部側(cè)，厚度效應(yīng)是 支配性的，由于金屬膜的去除，頻率朝降低的方向變化。利用該現(xiàn)象，例如，將第1質(zhì)量部 51設(shè)置在相對(duì)于振動(dòng)臂11的全長(zhǎng)L，從基部15起0. 30L以上、0. 65L以下的范圍的至少一 部分上，能夠通過(guò)去除處于0. 30L以上、0. 65L以下的范圍內(nèi)的金膜來(lái)進(jìn)行頻率變化量為 士 IOOOppm的頻率調(diào)整。此外，將第1質(zhì)量部51設(shè)置在從基部15起0. 42L以上、0. 57L以 下的范圍的至少一部分上，能夠通過(guò)去除處于0. 42L以上、0. 57L以下的范圍內(nèi)的金膜來(lái)進(jìn) 行頻率變化量為士200ppm的頻率調(diào)整。在本實(shí)施方式中，將第1質(zhì)量部51設(shè)置在從基部15起0. 42L以上、0. 57L以下的 范圍內(nèi)。此外，在振動(dòng)臂12、13中也與振動(dòng)臂11同樣地設(shè)置有第1質(zhì)量部52、53。而且，如圖3(a)所示，在振動(dòng)臂11、12、13的形成有第1質(zhì)量部51、52、53的相同 面，在其前端部設(shè)有粗調(diào)用的第2質(zhì)量部55、56、57。粗調(diào)用的第2質(zhì)量部55、56、57與第1 質(zhì)量部51、52、53同樣由金膜形成。另外，也可以設(shè)為在粗調(diào)用的第2質(zhì)量部55、56、57與 第1質(zhì)量部51、52、53之間也配置金屬膜并將兩者連接的形式。對(duì)于該形成在振動(dòng)臂的前端部上的粗調(diào)用的第2質(zhì)量部55、56、57，如圖4所示， 能夠用于去除該金膜造成的頻率變化量較大且調(diào)整量較多的振動(dòng)片的粗調(diào)用頻率調(diào)整。由 此，通過(guò)將振動(dòng)臂11、12、13的前端部設(shè)為粗調(diào)用的質(zhì)量部，并將大致中心設(shè)為微調(diào)用的質(zhì) 量部，能短時(shí)間且效率良好地進(jìn)行振動(dòng)片1的頻率調(diào)整。該粗調(diào)用的第2質(zhì)量部55、56、57在振動(dòng)片1的調(diào)整量少的情況下，不一定是需 要的，僅使用第1質(zhì)量部51、52、53就能進(jìn)行頻率調(diào)整。例如，在從基部15起0. 30L以上、 0. 65L以下的范圍內(nèi)設(shè)置第1質(zhì)量部51、52、53，能夠進(jìn)行頻率調(diào)整量為士 IOOOppm的加工。
在以上說(shuō)明的本實(shí)施方式中發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行面外振動(dòng)的振動(dòng)片中，在振動(dòng)臂的長(zhǎng)度 的大致中心存在頻率變化正負(fù)方向不同的邊界，通過(guò)相對(duì)于振動(dòng)臂的全長(zhǎng)L在大致中心設(shè) 置用于微調(diào)振動(dòng)臂頻率的第1質(zhì)量部，能夠進(jìn)行高精度的頻率微調(diào)。另外，下部電極和上部電極可利用金(Au)、鋁(Al)、鈦(Ti)等金屬材料。并且，下 部電極和上部電極可以在與基底之間具有鉻(Cr)膜，以便提高與基底的密合強(qiáng)度。作為壓 電膜，可使用&10、AIN、PZT、LiNb03、KNbO3等材料，然而特別是SiO、AIN能獲得更良好的特 性，是優(yōu)選的。絕緣膜可使用Si02、SiN等。振動(dòng)片1是使用石英或硅等基體材料來(lái)形成的。此外，在使用石英作為振動(dòng)片1 的基體材料的情況下，可利用X切板、AT切板、Z切板等。并且，在上述實(shí)施例中，將第1質(zhì)量部51、52、53以及粗調(diào)用的第2質(zhì)量部55、56、 57形成在振動(dòng)臂的第1面?zhèn)?，然而不限于此，?質(zhì)量部和第2質(zhì)量部可以形成在振動(dòng)臂的 第2面?zhèn)龋部梢孕纬稍谡駝?dòng)臂的第1面?zhèn)群偷?面?zhèn)鹊碾p方。接著，說(shuō)明以上的振動(dòng)片中的頻率調(diào)整方法的一例。圖5是說(shuō)明振動(dòng)片中的頻率調(diào)整進(jìn)程的示意圖。另外，在圖中省略壓電元件、布線 等來(lái)進(jìn)行表示。如圖5(a)所示，在振動(dòng)片1的各振動(dòng)臂11、12、13上設(shè)有粗調(diào)用的第2質(zhì)量部和 微調(diào)用的第1質(zhì)量部。振動(dòng)臂11、12、13的前端側(cè)是粗調(diào)用的第2質(zhì)量部55、56、57，振動(dòng)臂 11、12、13的大致中心是微調(diào)用的第1質(zhì)量部51、52、53。另外，振動(dòng)片1的頻率被設(shè)定為在調(diào)整前比目標(biāo)頻率低。首先，如圖5(b)所示，向各振動(dòng)臂11、12、13的粗調(diào)用的第2質(zhì)量部55、56、57的
金屬膜照射激光，去除其一部分。激光的照射朝X方向連續(xù)進(jìn)行照射，以橫截各振動(dòng)臂11、12、13，呈線狀去除金屬 膜，在粗調(diào)用的第2質(zhì)量部55、56、57上形成激光加工線59。重復(fù)該激光的照射直到振動(dòng)片 1的頻率在期望的頻率范圍內(nèi)，通過(guò)金屬膜的去除，振動(dòng)片1的頻率被調(diào)整成增高。并且，粗 調(diào)后的頻率被設(shè)定成比目標(biāo)頻率低。接著，當(dāng)振動(dòng)片1的粗調(diào)結(jié)束時(shí)，如圖5(c)所示，向各振動(dòng)臂11、12、13的微調(diào)用 的第1質(zhì)量部51、52、53的金屬膜照射激光，去除其一部分。激光的照射是從第1質(zhì)量部51、52、53的與基部15相反側(cè)的部分起進(jìn)行的。這是 因?yàn)椋?質(zhì)量部51、52、53的與基部15相反側(cè)的部分是施重效應(yīng)為支配性的部分，通過(guò)去 除金屬膜，振動(dòng)片1的頻率可朝增高的方向調(diào)整。激光的照射朝X方向連續(xù)進(jìn)行照射，以橫截各振動(dòng)臂11、12、13，呈線狀去除金屬 膜，在微調(diào)用的第1質(zhì)量部51、52、53上形成激光加工線59。重復(fù)該激光的照射直到振動(dòng)片 1的頻率變?yōu)槟繕?biāo)頻率而結(jié)束。這里，例如向第1質(zhì)量部51、52、53照射激光，以頻率增高的方式進(jìn)行調(diào)整，然而存 在這樣的情況過(guò)度去除金屬膜，導(dǎo)致頻率高于目標(biāo)頻率。此時(shí)，向第1質(zhì)量部51、52、53的 基部15側(cè)的部分照射激光來(lái)進(jìn)行頻率調(diào)整。這是因?yàn)?，?質(zhì)量部51、52、53的基部15側(cè) 的部分是厚度效應(yīng)為支配性的部分，通過(guò)去除金屬膜，振動(dòng)片1的頻率可朝降低的方向調(diào) 離
iF. ο這樣，不僅可朝提高振動(dòng)片1的頻率的方向調(diào)整，而且可朝降低振動(dòng)片1的頻率的
10方向調(diào)整，因此能夠精度良好地調(diào)整頻率。并且，作為另一頻率調(diào)整方法，利用粗調(diào)用的第2質(zhì)量部55、56、57瞄準(zhǔn)目標(biāo)頻率 進(jìn)行頻率調(diào)整，之后，利用微調(diào)用的第1質(zhì)量部51、52、53進(jìn)行頻率調(diào)整。在微調(diào)中，判斷振 動(dòng)片1的頻率相比目標(biāo)頻率是高還是低，在頻率低的情況下，去除與基部15相反側(cè)的第1 質(zhì)量部51、52、53的金屬膜，在頻率高的情況下，去除基部15側(cè)的第1質(zhì)量部51、52、53的 金屬膜。使用這樣的方法，也能進(jìn)行振動(dòng)片1的頻率調(diào)整。另外，將第1質(zhì)量部的金屬膜呈線狀去除，然而也可以空出間隔呈點(diǎn)狀去除。并且，在將振動(dòng)片1安裝于收容器的情況下，頻率根據(jù)電路電容等變化，因而更優(yōu) 選的是，在將振動(dòng)片1安裝于收容器之后進(jìn)行頻率調(diào)整。以上，在本實(shí)施方式的進(jìn)行面外振動(dòng)的振動(dòng)片1中，第1質(zhì)量部51、52、53形成在 振動(dòng)臂11、12、13的全長(zhǎng)L的大致中心上，在該振動(dòng)臂11、12、13的中心存在頻率由于質(zhì)量 增減而增減的施重效應(yīng)、與頻率由于振動(dòng)臂11、12、13的厚度而增減的厚度效應(yīng)的邊界。例 如，在去除了金屬膜等的情況下，在施重效應(yīng)為支配性的部分上，將頻率調(diào)整得較高，在厚 度效應(yīng)為支配性的部分上，將頻率調(diào)整得較低。由此，能夠在該振動(dòng)臂11、12、13的中間部上將振動(dòng)片1的頻率向+側(cè)(增 高)、_側(cè)(降低)調(diào)整，該金屬膜去除造成的頻率變化量較小，從而能夠進(jìn)行高精度的頻率 調(diào)整。此外，能夠這樣用形成在振動(dòng)臂11、12、13的XY平面上的第1質(zhì)量部51、52、53進(jìn) 行頻率調(diào)整，因此能夠容易地進(jìn)行頻率調(diào)整，而不用如以往那樣加工振動(dòng)臂11、12、13的側(cè) 面，并且振動(dòng)片1能夠小型化。此外，在與振動(dòng)臂的形成了壓電元件的面相同的面上形成了第1質(zhì)量部，但是也 可以形成在對(duì)置的相反面上。此外，在本實(shí)施方式中，說(shuō)明了去除金屬膜的方法，但是用附加金屬膜的方法也能 夠進(jìn)行振動(dòng)片的頻率調(diào)整。(變形例)接著，說(shuō)明第1實(shí)施方式的第1質(zhì)量部中的金屬膜結(jié)構(gòu)的變形例。圖6示出第1質(zhì)量部的變形例中的金屬膜結(jié)構(gòu)，圖6(a)是示出變形例的俯視圖， 圖6(b)是該圖6(a)的C-C截面圖，圖6(c)是示出第2變形例的俯視圖，圖6 (d)是該圖 6(c)的D-D截面圖，圖6(e)是示出第3變形例的俯視圖，圖6 (f)是該圖6(e)的E-E截面 圖。另外，在圖6中表示一個(gè)振動(dòng)臂，其他2個(gè)振動(dòng)臂也采用相同結(jié)構(gòu)。作為變形例，如圖6(a)、(b)所示，在振動(dòng)臂11的中間部形成有第1質(zhì)量部51a， 第1質(zhì)量部51a的金屬膜朝振動(dòng)臂11的延伸方向(Y方向)形成有多個(gè)槽部M從而形成 狹縫。并且，作為第2變形例，如圖6(c)、(d)所示，在振動(dòng)臂11的中間部形成有第1質(zhì) 量部51b，第1質(zhì)量部51b的金屬膜朝振動(dòng)臂11的寬度方向(X方向)形成有多個(gè)槽部M 從而形成狹縫。這樣，由于在第1質(zhì)量部51a、51b上形成有狹縫，因而相對(duì)于相同面積的金屬膜去 除，頻率變化量少，能進(jìn)行高精度的微調(diào)。并且，形成狹縫的方向不限于上述，也可以是傾斜方向的狹縫。
而且，作為第3變形例，如圖6(e)、(f)所示，在振動(dòng)臂11的中心形成有第1質(zhì)量 部51c、51d，第1質(zhì)量部51c、51d的金屬膜可以沿振動(dòng)臂的寬度方向(X方向)和長(zhǎng)度方向 (Y方向)形成為多個(gè)塊。另外，如圖所示，通過(guò)將第1質(zhì)量部51d形成為比第1質(zhì)量部51c 小，可根據(jù)頻率調(diào)整量任意選擇質(zhì)量部。(第2實(shí)施方式)下面，說(shuō)明第2實(shí)施方式，即具有上述說(shuō)明的振動(dòng)片的振子。圖7示出振子的結(jié)構(gòu)，圖7(a)是概略俯視圖，圖7(b)是沿著該圖7(a)的G-G線 段的概略截面圖。振子5具有第1實(shí)施方式的振動(dòng)片1、作為收容器的陶瓷封裝81以及蓋體85。陶瓷封裝81形成有凹部以便能收納振動(dòng)片1，在該凹部?jī)?nèi)設(shè)有與振動(dòng)片1的安裝 電極連接的連接焊盤88。連接焊盤88構(gòu)成為與陶瓷封裝81內(nèi)的布線連接，并能與設(shè)在陶 瓷封裝81的外周部的外部連接端子83導(dǎo)通。并且，在陶瓷封裝81的凹部周圍設(shè)有接縫環(huán)82。而且，在陶瓷封裝81的底部設(shè)有 貫通孔86。振動(dòng)片1經(jīng)由導(dǎo)電性粘接劑84粘接固定在陶瓷封裝81的連接焊盤88上，對(duì)覆蓋 陶瓷封裝81的凹部的蓋體85和接縫環(huán)82進(jìn)行縫焊。在陶瓷封裝81的貫通孔86內(nèi)填充 金屬材料的密封材料87。該密封材料87在減壓環(huán)境下熔化，氣密密封成使陶瓷封裝81內(nèi) 處于減壓狀態(tài)。這樣，振子5具有頻率調(diào)整容易、且能高精度地進(jìn)行頻率調(diào)整的振動(dòng)片1，可提供 頻率精度優(yōu)良的振子5。(第3實(shí)施方式)下面，說(shuō)明第3實(shí)施方式，即具有上述說(shuō)明的振動(dòng)片的振蕩器。圖8示出振蕩器的結(jié)構(gòu)，圖8(a)是概略俯視圖，圖8(b)是沿著該圖8(a)的H-H 線段的概略截面圖。振蕩器6與上述振子5的結(jié)構(gòu)的不同點(diǎn)是，還具有作為電路元件的IC芯片。因此， 關(guān)于與振子5相同的結(jié)構(gòu)，附上相同標(biāo)號(hào)并省略說(shuō)明。振蕩器6具有第1實(shí)施方式的振動(dòng)片1、作為收容器的陶瓷封裝81、蓋體85以及 作為電路元件的IC芯片91。IC芯片91包含激勵(lì)振動(dòng)片1的振蕩電路，固定在陶瓷封裝81的底部，通過(guò)金線等 金屬線92與其他布線連接。這樣，振蕩器6具有頻率調(diào)整容易、且能高精度地進(jìn)行頻率調(diào)整的振動(dòng)片1，可提 供頻率精度優(yōu)良的振蕩器6。(第4實(shí)施方式)下面，說(shuō)明第4實(shí)施方式，即使用上述說(shuō)明的振動(dòng)片的電子設(shè)備。另外，省略圖示。上述的振動(dòng)片1可優(yōu)選地用作便攜電話、電子書、個(gè)人計(jì)算機(jī)、電視、數(shù)字照相機(jī)、 攝像機(jī)、錄像機(jī)、汽車導(dǎo)航裝置、尋呼機(jī)、電子記事本、臺(tái)式電子計(jì)算機(jī)、字處理機(jī)、工作站、 可視電話、POS終端、具有觸摸板的設(shè)備等的基準(zhǔn)時(shí)鐘振蕩源等，無(wú)論在哪種情況下，都能提 供起到在上述各實(shí)施方式和變形例中說(shuō)明的效果的電子設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種振動(dòng)片，其特征在于，該振動(dòng)片具有基部，其設(shè)置在包含第1軸和與該第1軸正交的第2軸的平面上； 振動(dòng)臂，其從所述基部起沿著第1軸方向延伸；以及 第1質(zhì)量部，其調(diào)整所述振動(dòng)臂的諧振頻率，所述振動(dòng)臂在與所述平面垂直的方向上彎曲振動(dòng)，且具有第1面和第2面，所述第1面 由于彎曲振動(dòng)而壓縮或拉伸，所述第2面在所述第1面壓縮時(shí)拉伸，在所述第1面拉伸時(shí)壓 縮，所述第1質(zhì)量部設(shè)置在所述第1面和所述第2面中的至少一個(gè)面上，且設(shè)置在所述振 動(dòng)臂的基部側(cè)的端部到前端部的長(zhǎng)度的大致中心上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)片，其特征在于， 所述第1質(zhì)量部使用金膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的振動(dòng)片，其特征在于， 在所述第1質(zhì)量部上設(shè)置有狹縫。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任意一項(xiàng)所述的振動(dòng)片，其特征在于，所述第1質(zhì)量部設(shè)置在相對(duì)于振動(dòng)臂的全長(zhǎng)L，從基部側(cè)的端部起0. 30L以上、0. 65L 以下的范圍的至少一部分上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任意一項(xiàng)所述的振動(dòng)片，其特征在于，所述第1質(zhì)量部設(shè)置在相對(duì)于振動(dòng)臂的全長(zhǎng)L，從基部側(cè)的端部起0. 42L以上、0. 57L 以下的范圍的至少一部分上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中的任意一項(xiàng)所述的振動(dòng)片，其特征在于，在所述振動(dòng)臂的前端部的所述第1面和所述第2面中的至少一個(gè)面上，還設(shè)置有調(diào)整 諧振頻率的第2質(zhì)量部。
7.—種頻率調(diào)整方法，其中，該頻率調(diào)整方法具有 準(zhǔn)備振動(dòng)片的步驟；以及微調(diào)步驟，通過(guò)改變第1質(zhì)量部的質(zhì)量來(lái)調(diào)整振動(dòng)臂的諧振頻率， 其中，所述振動(dòng)片具有基部，其形成在包含第1軸和與該第1軸正交的第2軸的平面上； 所述振動(dòng)臂，其從所述基部起沿著第1軸方向延伸；以及 所述第1質(zhì)量部，其調(diào)整所述振動(dòng)臂的諧振頻率，所述振動(dòng)臂在與所述平面垂直的方向上彎曲振動(dòng)，且具有第1面和第2面，所述第1面 由于彎曲振動(dòng)而壓縮或拉伸，所述第2面在所述第1面壓縮時(shí)拉伸，在所述第1面拉伸時(shí)壓 縮，所述第1質(zhì)量部形成在所述第1面和所述第2面中的至少一個(gè)面上，且形成在所述振 動(dòng)臂的基部側(cè)的端部到前端部的長(zhǎng)度的大致中心上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的頻率調(diào)整方法，其特征在于，所述振動(dòng)片的頻率被設(shè)定為在所述微調(diào)步驟之前低于目標(biāo)頻率，從相對(duì)于所述振動(dòng)臂 的所述第1軸方向的長(zhǎng)度的大致中心形成在前端部側(cè)的所述第1質(zhì)量部減少質(zhì)量。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的頻率調(diào)整方法，其特征在于，所述第1質(zhì)量部使用金膜，通過(guò)用激光去除所述金膜來(lái)減少所述第1質(zhì)量部的質(zhì)量。
10.一種振子，其特征在于，該振子具有權(quán)利要求1 6中的任意一項(xiàng)所述的振動(dòng)片；以及 收納所述振動(dòng)片的封裝。
11.一種振蕩器，其特征在于，該振蕩器具有權(quán)利要求1 6中的任意一項(xiàng)所述的振動(dòng)片；以及 與所述振動(dòng)片連接的電路元件。
12.一種電子設(shè)備，其特征在于，該電子設(shè)備使用了權(quán)利要求1 6中的任意一項(xiàng)所述 的振動(dòng)片。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能容易地進(jìn)行頻率調(diào)整的振動(dòng)片、振子、振蕩器、電子設(shè)備以及頻率調(diào)整方法。該振動(dòng)片具有基部(15)；振動(dòng)臂(11、12、13)，其從基部(15)延伸且進(jìn)行面外振動(dòng)；以及第1質(zhì)量部(51、52、53)，其調(diào)整振動(dòng)臂(11、12、13)的諧振頻率，第1質(zhì)量部(51、52、53)具有第1面(11a、12a、13a)和第2面(11b、12b、13b)，所述第1面由于振動(dòng)臂(11、12、13)的面外振動(dòng)而壓縮或拉伸，所述第2面在第1面壓縮時(shí)拉伸，在第1面拉伸時(shí)壓縮，第1質(zhì)量部(51、52、53)設(shè)置在第1面(11a、12a、13a)和第2面(11b、12b、13b)中的至少一個(gè)面上，且設(shè)置在振動(dòng)臂(11、12、13)的基部(15)側(cè)的端部到前端部的長(zhǎng)度的大致中心上。
文檔編號(hào)H03H9/21GK102111119SQ20101060629
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者河合宏紀(jì) 申請(qǐng)人:精工愛(ài)普生株式會(huì)社