[发明专利]弯曲振动片以及电子部件

说明书

技术领域

本发明涉及在弯曲振动模式下振动的弯曲振动片，进一步涉及使用 弯曲振动片的振动器、谐振器、振荡器陀螺仪、各种传感器等多样的电 子部件。

背景技术

以往，作为弯曲振动模式的压电振动片，广泛采用音叉型压电振动 片，该音叉型压电振动片从基部平行地延伸出1对振动臂，并且这1对 振动臂在水平方向上，朝彼此靠近或分离的方向振动。当对该振动臂实 施弯曲激励时，如果该振动能量发生损失，则会引起振动器性能下降， 即，导致CI值增加、Q值减小等。因此，为了防止或降低该振动能量的 损失，以往曾采取过各种措施。

例如，公知有这样的音叉型石英振动片：该音叉型石英振动片在延 伸出振动臂的基部的两侧部，形成有切入部或规定深度的切入槽(参照专 利文献1、2)。该石英振动片在振动臂的振动还包含垂直方向分量的情况 下，利用切入部或切入槽来缓解从基部发生的漏振，由此提高了振动能 量的封闭效果，CI值得到抑制，并且防止了振动片之间CI值的偏差。

除上述机械损失以外，还会由于热传导而发生振动能量损失，该热 传导是由于弯曲振动的振动臂的压缩部与受到拉伸应力的拉伸部之间产 生的温度差而引起的。因该热传导而引起的Q值降低被称为热弹性损失 效应。公知有这样的音叉型振动器：该音叉型振动器为了防止或抑制因 热弹性损失效应引起的Q值降低，在具有矩形剖面的振动臂(振动梁)的 中心线上，形成有槽或孔(例如参照专利文献3)。

根据该专利文献3，说明了如下情况：对于一般因温度差而产生的 固体的内部摩擦而言，根据公知的变形与应力之间的关系式可知，关于 热弹性损失，在弯曲振动模式的振动器中，当振动频率发生了变化时， 在缓和振动频率(relaxation vibration frequency)fm＝1/2πτ(这里，π为圆 周率，τ为缓和时间)处，Q值为极小值。通常用图5所示的曲线F来表 示该Q值与频率之间的关系(例如参照非专利文献1)。在该图中，Q值 达到极小值Q0时的频率是缓和频率f0(＝1/2πτ)。

此外，还公知有利用下式来求取缓和振动频率f0的技术。

f0＝πk/(2ρC_p a²)…(1)

这里，π是圆周率，k是振动部(弯曲振动部的热容量)，a是振动部(弯 曲振动部)的振动方向(弯曲振动方向)的幅度。

另一方面，作为音叉型以外的弯曲振动器，还曾经设计出如下的谐 振器：该谐振器通过连接部将2个平行的振动臂彼此结合，并且从该连 接部向2个振动臂之间延伸出中央臂(例如参照专利文献4)。该谐振器 由作为单体部件的振动片构成，该单体部件由石英形成，在振动臂的正 面或背面中的至少一方上形成有至少1个槽，由此，能够使激励电场更 加均匀，并能够局部增强该激励电场，减少能耗并抑制CI值。此外，振 动臂的槽一直延伸到机械应力最大的连接部，提取出该区域中的电场， 由此增加振动臂的振动结合效果。

对于在弯曲振动振动模式下振动的振动片而言，除了上述压电驱动 型振动片之外，还存在使用静电力的静电驱动型振动片以及使用磁场的 磁场驱动型振动片。作为静电驱动型振动片，公知有如下角速度传感器： 该角速度传感器在硅材料基板上，利用第1支撑梁以可使其在X轴方向 上振动的方式支撑由方形框部构成的第1振动体，在第1振动体的框部 内，利用第2支撑梁以可使其在Y轴方向上振动的方式支撑方形平板状 的第2振动体，利用设置在基板侧边缘部的固定侧导电部与设置在第1 振动体侧边缘部的可动侧导电部之间产生的静电力，使第1支撑梁弯曲， 使第1振动体在X轴方向上振动(例如参照专利文献5)。作为其它静电驱 动型的振动片，公知有如下角速度传感器：该角速度传感器由具有锤部 的硅晶片传感器主体和与其对置的玻璃基板构成，通过在传感器主体侧 与玻璃基板侧的平行平板电极之间作用的静电力来使传感器主体及锤部 进行振动，该锤部通过复合梁安装在振动框内侧，该振动框通过驱动梁 而支撑在固定框内侧(例如参照专利文献6)。