JP2005286992A - 圧電振動片、圧電振動子および圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧電振動片において、主振動の減衰振動が圧電振動片の周辺端部へ到達することを低減し、ＣＩ値を悪化させることなく、また、他の振動モードを誘発せずに発振周波数を安定させる。
【解決手段】 厚み滑り振動を主振動とする圧電振動片１０において、主面１１の中央部を囲むように第１溝部１２，第２溝部１３を形成し、第１溝部１２，第２溝部１３における厚さを、振動片１０の中央部の厚さに対して９６％以下かつ７０％以上となるように構成する。
【選択図】 図１０

Description

本発明は厚み滑り振動を主振動とする圧電振動片において、主振動の減衰振動が圧電振動片の周辺端部へ到達することを低減し、圧電振動片の周辺端部での振動変位を小さくする圧電振動片、圧電振動子および圧電発振器に関する。

近年、圧電振動子は各種電子機器または通信機器において、基準周波数信号源として広く用いられている。圧電振動子として特に、ＡＴカット水晶振動子は広い温度範囲での周波数安定性を有し、また、経時変化特性にも優れていることから電子機器など機器から移動体通信用機器など広範囲に利用されている。

ＡＴカット水晶振動子は、一般に厚み滑り振動モードを主振動として用いられている。この厚み滑り振動では、振動片の中央に配置された励振電極直下に定在波を作り、その振動を共振周波数として取り出しているが、振動片の中央で発生した振動は減衰しながら振動片の周辺端部へ伝えられる。

ここで、振動片の周辺端部において減衰された振動は、振動子としての電気的特性を確保するためには充分に減衰されている必要がある。振動片は振動片周辺端部において、セラミックなどの収容容器に導電性接着材などを介して固着されて保持される。このため、振動片周辺端部における振動が充分に減衰されていない場合には、振動片周辺端部の固着部分から振動が収容容器へ漏洩し、そのことにより振動片中心部の振動が阻害されてクリスタルインピーダンス（以下、ＣＩ値と呼ぶ）を悪化させることになる。また、他の振動モードを誘発して発振周波数の安定性を低下させることにもなる。

厚み滑り振動の減衰振動を振動片周辺端部で充分に減衰させるために、特許文献１および特許文献２に示すような構成が開示されている。この構成によれば、励振電極の外周縁に沿って１本の溝を設けることにより、振動片周辺端部での振動を抑制、あるいは振動子としての電気的特性を改善する構成となっている。

特開平９−９３０７６号公報 特開２００１−２５７５５８号公報

しかしながら、前述の特許文献の開示においては、振動片における溝の深さについて限界値および実用的な値については不明確であるという問題があった。
本発明は、実用的に振動片の周辺端部での振動を充分に減衰でき、ＣＩ値を悪化させることなく、また、他の振動モードを誘発せずに発振周波数の安定した圧電振動片、圧電振動子および圧電発振器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の圧電振動片は、主面の少なくとも一方の面に溝部を有するとともに厚み滑り振動を主振動とする圧電振動片であって、前記溝部は前記圧電振動片の中央部を挟んで対峙するようにまたは前記圧電振動片の中央部を囲むように形成され、前記溝部における厚さは前記中央部の厚さに対して９６％以下かつ７０％以上に形成されていることを特徴とする。

本発明の圧電振動片によれば、圧電振動片の主面中央部を挟んで対峙するように、または主面中央部を囲むように溝部を形成したことにより、主面中央部で発生した厚み滑り振動を効果的に減衰させ、圧電振動片の周辺端部の振動変位を小さくすることができる。しかも、溝部における圧電振動片の厚さを、溝部を形成していない中央部の圧電振動片の厚さに対して９６％以下かつ７０％以上にすることにより、効果的な厚み滑り振動の減衰を得ることができる。このことにより、圧電振動片をその端部で保持する場合には、保持部から振動の漏洩が低減できる。そして、この振動の漏洩が低減されることにより、圧電振動片の中央部の主振動を阻害することを低減でき、ＣＩ値を向上させ、また、他の振動モードを誘発せず発振周波数の安定した圧電振動片を得ることができる。

また、本発明の圧電振動片は、主面の少なくとも一方の面に溝部を有するとともに厚み滑り振動を主振動とする圧電振動片であって、前記溝部は前記主面の中央部を挟んで対峙するようにまたは前記中央部を囲むように形成され、前記溝部における厚さは前記中央部の厚さに対して９２％以下かつ８０％以上に形成されていることを特徴とする。

このようにすれば、圧電振動片の主面中央部を挟んで対峙するようにまたは主面中央部を囲むように溝部を形成したことにより、主面中央部で発生した厚み滑り振動を効果的に減衰させ、圧電振動片の周辺端部の振動変位を小さくすることができる。特に、溝部における圧電振動片の厚さを、溝部を形成していない主面中央部の圧電振動片の厚さに対して９２％以下かつ８０％以上にすることにより、さらに効果的な厚み滑り振動の減衰を得ることができる。このことにより、圧電振動片をその端部で保持する場合には、保持部から振動の漏洩が低減できる。そして、この振動の漏洩が低減されることにより、圧電振動片の中央部の主振動を阻害することを低減でき、ＣＩ値を向上させ、また、他の振動モードを誘発せず発振周波数の安定した良好な圧電振動片を得ることができる。

また、本発明の圧電振動片は、前記溝部が前記圧電振動片の中央部から周辺端部に向かい間隔を開けて複数列設けられることが望ましい。

このようにすれば、圧電振動片の中央部で発生した厚み滑り振動を段階的に減衰させることができ、圧電振動片の周辺端部の振動変位を小さくすることができる。また、主面中央部で発生した厚み滑り振動を段階的に減衰させることにより、単数の溝部を形成した場合の急激な振動の減衰を緩やかに制御することができ、急激な振動の減衰が主振動を阻害することを低減できる。

また、本発明の圧電振動片において溝部を複数列設けた場合、主面の最も外側に位置する前記溝部の幅を前記中央部における厚さ以上とすることが望ましい。

このようにすれば、最も外側に形成した溝部により、圧電振動片の中央部で発生した厚み滑り振動を確実に減衰させることが可能となる。

また、本発明の圧電振動片において溝部を複数列設けた場合、溝部は当該各溝部における厚さが、圧電振動片の周辺端部に向かい順次薄くなるように形成されることが望ましい。

溝部における厚さは、薄くなるに従い振動の減衰効果があるため、このようにすれば、圧電振動片の中央部に近い部分では振動の減衰を少なく、圧電振動片の周辺端部に行くに従い振動の減衰を効果的に大きくすることができる。つまり、主振動の近い部分での減衰を急激に起こさないように、段階的に振動の減衰を緩やかに制御することがでる。このように、主振動を阻害する急激な減衰を低減できるため、その結果、圧電振動片として良好な電気的特性を得ることができる。

また、本発明の圧電振動片において、複数の溝部は３列以上形成されており、隣り合う溝部と溝部との間隔が圧電振動片の周辺端部に向かい順次狭くなるように形成されることが望ましい。

溝部と溝部との間隔は狭くなるに従い、振動の減衰効果があるため、このようにすれば、圧電振動片の中央部に近い部分では振動の減衰を少なく、圧電振動片の周辺端部に行くに従い振動の減衰を効果的に大きくすることができる。つまり、主振動の近い部分での減衰を急激に起こさないように、段階的に振動の減衰を緩やかに制御することがでる。このように、主振動を阻害する急激な減衰を低減できるため、その結果、圧電振動片として良好な電気的特性を得ることができる。

また、本発明の圧電振動片は、複数の溝部は当該各溝部の幅が、圧電振動片の周辺端部に向かい順次広くなるように形成されることが望ましい。

溝部の幅は広くなるに従い、振動の減衰効果があるため、このようにすれば、圧電振動片の中央部に近い部分では振動の減衰を少なく、圧電振動片の周辺端部に行くに従い振動の減衰を効果的に大きくすることができる。つまり、主振動の近い部分での減衰を急激に起こさないように、段階的に振動の減衰を緩やかに制御することができる。このように、主振動を阻害する急激な減衰を低減できるため、その結果、圧電振動片として良好な電気的特性を得ることができる。

また、本発明の圧電振動片は、複数の溝部は当該各溝部における厚さが、圧電振動片の周辺端部に向かい順次薄くなるように形成され、さらに各溝部の幅が、圧電振動片の周辺端部に向かい順次広くなるように形成されることが望ましい。

このようにすれば、溝部の厚さを変化させる効果に加え、溝部の幅を変化させる効果が加わり、主振動の近い部分での減衰を急激に起こさないことができる。このため、急激な減衰が主振動を阻害することを低減でき、その結果、圧電振動片として良好な電気的特性を得ることができる。

また、本発明の圧電振動片は、複数の溝部は３列以上形成されており、隣り合う溝部と溝部との間隔が圧電振動片の周辺端部に向かい順次狭くなるように形成され、さらに各溝部における厚さが、圧電振動片の周辺端部に向かい順次薄くなるように形成されることが望ましい。

このようにすれば、溝部と溝部の間隔を変化させる効果に加え、溝部の厚さを変化させる効果が加わり、主振動の近い部分での減衰を急激に起こさないことができる。このため、急激な減衰が主振動を阻害することを低減でき、その結果、圧電振動片として良好な電気的特性を得ることができる。

また、本発明の圧電振動片は、複数の溝部は３列以上形成されており、隣り合う溝部と溝部との間隔が圧電振動片の周辺端部に向かい順次狭くなるように形成され、さらに各溝部の幅が、圧電振動片の周辺端部に向かい順次広くなるように形成されることが望ましい。

このようにすれば、溝部と溝部の間隔を変化させる効果に加え、溝部の幅を変化させる効果が加わり、主振動の近い部分での減衰を急激に起こさないことができる。このため、急激な減衰が主振動を阻害することを低減でき、その結果、圧電振動片として良好な電気的特性を得ることができる。

また、本発明の圧電振動片は、複数の溝部は３列以上形成されており、隣り合う溝部と溝部との間隔が圧電振動片の周辺端部に向かい順次狭くなるように形成され、各溝部の厚さが、圧電振動片の周辺端部に向かい順次薄くなるように形成され、さらに各溝部の幅が、圧電振動片の周辺端部に向かい順次広くなるように形成されることが望ましい。

このようにすれば、溝部と溝部の間隔を変化させる効果に加え、溝部の厚さおよび幅を変化させる効果が加わり、主振動の近い部分での減衰を急激に起こさないことができる。このため、急激な減衰が主振動を阻害することを低減でき、その結果、圧電振動片として良好な電気的特性を得ることができる。

また、本発明の圧電振動片は、上述した圧電振動片の２つの主面中央部に任意形状に形成され、かつ厚さ方向に対向する一対の励振電極と、前記励振電極に接続され前記圧電振動片の周辺端部に延伸する接続電極が形成されてもよい。

このようにすれば、圧電振動片の中央部で厚み滑り振動を発生させ、圧電振動片の周辺端部で導電性接着材等を介して固着保持する場合に、圧電振動片の周辺端部における振動は充分に減衰されており、この固着保持した部分から振動が漏洩することを抑制することができる。このことから、良好な電気的特性の圧電振動片を得ることができる。

また、上述した本発明に係る圧電振動片と、前記圧電振動片をその端部で電気的に接続された状態に固着保持する保持部とを有する圧電振動子を提供することも可能となる。

このように、圧電振動子は圧電振動片の端部で導電性接着材等を介して固着し保持されるため、振動片から保持部への振動の漏洩が抑制され、主面に溝部を形成した圧電振動片の効果を引き出し、電気的特性の優れた圧電振動子を提供できる。

さらに、上述した圧電振動片と、前記圧電振動片を発振させるための回路部と、前記圧電振動片の端部を固着保持するとともに、圧電振動片と前記回路部とを固着して電気的に接続する保持部とを有する圧電発振器を提供することも可能となる。

このように、圧電発振器は圧電振動片の周辺端部で導電性接着材等を介して固着し保持されるため、振動片から保持部への振動の漏洩が抑制され、主面に溝部を形成した圧電振動片の効果を引き出し、電気的特性の優れた圧電発振器が提供できる。

なお、本発明では溝部における振動片の厚さについて定義したが、本発明の技術的思想においては、溝部の深さについて定義しても同一の趣旨である。つまり、本発明の圧電振動片は、主面の少なくとも一方に溝部を有するとともに厚み滑り振動を主振動とする圧電振動片であって、前記溝部が前記主面に中央部を挟んで対峙するようにまたは前記中央部を囲むように形成され、溝部を圧電振動片主面の一方の面のみに形成する場合は、前記溝部の深さは前記中央部の厚さに対して４％以上かつ３０％以下となる深さに形成されていてもよい。また、圧電振動片の主面の両面に同等の深さの溝部を厚さ方向に対向して形成する場合には、一方の主面に形成される溝部の深さは中央部の厚さに対して２％以上かつ１５％以下に形成されていてもよい。

さらに、前記溝部を形成することの効果を向上させるために、本発明の圧電振動片は、主面の少なくとも一方に溝部を有するとともに厚み滑り振動を主振動とする圧電振動片であって、前記溝部が前記主面に中央部を挟んで対峙するようにまたは前記中央部を囲むように形成され、溝部を圧電振動片主面の一方の面のみに形成される場合は、前記溝部の深さは前記中央部の厚さに対して８％以上かつ２０％以下に形成されていてもよい。また、主面の両面に同等の深さの溝部を厚さ方向に対向して形成する場合には、一方の主面に形成する溝部の深さは前記中央部の厚さに対して４％以上かつ１０％以下に形成されていてもよい。

以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明するが、その前に本発明の原理についてＡＴカット水晶振動片（以下、振動片という）の場合で説明をする。

厚み滑り振動の伝播は下記の数式１〜４により表される。この数式１〜４によれば、振動片上に周波数の違う領域が存在する場合、振動の伝播は周波数の高い方から低い方に向かって起こるが、周波数の低い方から高い方には、α、βが虚数となるために厚み滑り振動の伝播は起こらず減衰することになる。つまり、一般の励振電極を形成した振動片において、厚み滑り振動は周波数の低い励振電極のある部分から、周波数の高い励振電極のない周辺端部への伝播は起こらず減衰していく。

Ｕ：厚み滑り振動のＸ方向、Ｚ´方向への変位、Ｂ：振幅強度、
ω、ω_S：メサ部分の角周波数および振動片の角周波数、
α、β：Ｘ、Ｚ´方向それぞれへの伝播定数、Ｃ₅₅、Ｃ₆₆：弾性スティフネス（所定の結晶方向における弾性率を表すマトリックスの中の定数）、
ｓ₁₁、ｓ₁₃、ｓ₃₃：弾性コンプライアンス（所定の結晶方向における弾性率を表すマトリックスの中の定数）、
ｊ：虚数単位、ｔ：時間、ｘ：Ｘ方向の距離、ｚ´：Ｚ´方向の距離。

本発明者は、上記の数式を用い、振動片に溝部を形成することにより周波数の高い部分をつくり、振動の減衰を振動片の周辺端部で効果的に行うことを意図した。また、振動片の周辺端部における振動の減衰だけでなく、振動片としての電気的特性についても考慮した。
つまり、本発明者は振動片における溝部の厚さについて、振動片周辺端部の振動を充分に減衰させるという観点と、周波数の低い領域が完全に機械的に分離された場合のスプリアス発生の問題も考慮して上記数式１から４を用い有限要素法（ＦＥＭ）にて、最適な溝部における振動片の厚さ（溝深さ）を解析した。

以下に、上述した原理に基づいた具体的な本発明の実施例について、ＡＴカット水晶振動片の場合にて説明する。なお、以下図面での尺度は説明のために現尺ではなく、適宜拡大および縮小されている。

図１および図２は本発明の実施例１を説明する振動片の概略図である。図１（ａ）は振動片の斜視図、図１（ｂ）は振動片の平面図、図１（ｃ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ断面図、図２は図１（ｃ）における溝部の部分拡大図である。

圧電振動片としての振動片１０は、例えば共振周波数２７ＭＨｚ、Ｘ辺比（振動片におけるＸ軸方向寸法の振動片厚に対する比）３３、Ｚ辺比（振動片におけるＺ´軸方向寸法の振動片厚に対する比）２１に設計されている。ここで、振動片１０の中央部の厚みは約６２μｍである。
この振動片１０のＹ´軸およびＺ´軸は、ＩＥＣ（International Electro-technical Commission）規格に従った結晶軸の定義におけるＸ軸の＋Ｘ方向に向かって時計回りに３５．２５度回転してなる新座標軸である。振動片１０はＹ´軸方向に厚さ２ｂを有する矩形状の平板であり、Ｚ´軸に直交するＸ軸方向の寸法２ａおよび、Ｘ軸に直交するＺ´軸方向の寸法２ｃとする主面１１を表裏に有している。

振動片１０の主面１１には、主面１１の中央部を四角形で囲むように周状の溝部１２が形成されている。溝部１２は水晶振動子片１０の主面の表裏に対向するように形成され、溝部１２の幅は振動片１０の厚さ寸法より大きい６５μｍに形成されている。さらに、溝部１２の深さは表裏それぞれ３μｍとし、この溝部１２における振動片の厚さＴはおよそ５６μｍに形成されている。

次に、上記のような振動片を発明するにいたる有限要素法（ＦＥＭ）での解析結果について説明する。
本実施例では、共振周波数２７ＭＨｚ、Ｘ辺比３３、Ｚ辺比２１である振動片をモデルとし、前記数式１から４を基に有限要素法による振動解析を行った。以下にその解析結果について説明をする。
図３は振動片１０の表裏に主面の中央部を四角形で挟むように溝部１２を形成した場合の、溝部１２における振動片１０の厚さの変化に対するＸ軸方向の振動変位を有限要素法（ＦＥＭ）を用いて計算した結果である。この図３では振動片中央部の厚さ（溝部を形成していない部分の厚さ）に対して、溝部１２における振動片１０の厚さ（図２におけるＴ寸法）を８０％、７０％、５０％としたときの振動変位結果である。この図３における縦軸は振動の変位量を比較するために任意の単位（Arbitrarily Unit）として表してある。また、横軸は振動片１０のＸ軸方向の長さを示している。

このように、溝部１２における振動片１０の厚さＴを、振動片中央部の厚さに対して８０％、７０％にした場合には、厚み滑り振動は振動片１０の中央付近では最大の変位をもち、周辺に行くに従い減衰していくことになる。ここで、溝部１２を形成することにより、振動片１０の周辺端部、特に振動片保持部側Ｇにおける振動変位を小さくすることができる。また、溝部１２における厚さＴを８０％としたものと、７０％にしたものと比較すると、振動片１０の中央付近の最大変位は溝部１２における振動片の厚さを８０％としたものの方が大きいことがわかる。この変位はＣＩ値に関係をもち、この変位が大きいほどＣＩ値が小さく、振動片として良好な電気特性を示す。

しかしながら、溝部１２における振動片１０の厚さを振動片中央部の厚さに対して５０％にした場合には、中央部の厚み滑り振動の変位は小さくなる。つまり、このことはＣＩ値が大きくなることになり、振動片としての電気特性を悪化させることなる。このように、溝部における振動片の厚さには限界値があり、最適な溝部における振動片の厚さが存在することが理解される。このように、振動片中央部の厚さに対する溝部１２の厚さＴは、７０％以上の場合に振動片１０の周辺端部での振動を充分に減衰でき、ＣＩ値を悪化させることなく、また、他の振動モードを誘発せずに発振周波数を安定させることができる。

図４は図３と同様に、振動片中央部の厚さ（溝部を形成していない部分の厚さ）に対して、溝部１２における振動片の厚さ（図２におけるＴ寸法）を１００％（溝部を形成しない場合）、９６．６％、９０％、８０％としたときの振動変位計算結果である。

この結果によれば、溝部を形成しない場合には、振動片中央付近の厚み滑り振動変位は小さく、また、振動片保持部側Ｇの変位が大きく振動片としての特性を確保することができない。次に、振動片中央部の厚さに対して、溝部１２における振動片の厚さを９６．６％、９０％、８０％とした場合には、溝部１２を形成した効果が現れ、振動片保持部側Ｇにおける振動変位は小さく減衰している。また、振動片１０の中央付近の厚み滑り振動の最大変位は、振動片中央部の厚さに対して、溝部１２における振動片の厚さが９６．６％から９０％付近になるに従い大きくなり、９０％付近から８０％になるに従いやや小さくなっていくことが理解される。この結果から、実用上、振動片の厚さに対して溝部１２における振動片の厚さが９６．６％程度のときの振動変位が得られれば振動片の電気特性としては問題がない。

また、図５は振動片保持部分での変位の比（振動片保持部分の変位／振動片中央における最大変位）と溝部における振動片の厚さの関係を示す。
振動片保持部分での変位の比については、小さいほうが好ましい。また、試作の結果から振動片の保持部での減衰が１／ｅ（ｅは自然対数の底）の場合の試料において実用できる程度に低いＣＩ値を得ることができる。ここでは、溝部における振動片の厚さが９７．６％である。このように、振動片中央部の厚さに対する溝部１２の厚さＴは、９６％以下の場合に、振動片１０の周辺端部での振動を充分に減衰でき、ＣＩ値を悪化させることなく、また、他の振動モードを誘発せずに発振周波数を安定させることができる。

以上、図３から図５における有限要素法の解析結果から、振動片中央部の厚さに対する溝部１２の厚さＴが７０％以上かつ９６％以下の場合に、ＣＩ値を悪化させることなく、また、他の振動モードを誘発せず発振周波数の安定した圧電振動片を得ることができる。

さらに、溝部の加工においては液相におけるエッチングまたは気相におけるエッチングが想定される。このような工程においては加工ばらつきがあり、特にエッチング加工量が少ない場合には、図５に示すように保持部分での変位の比は大きく変動してしまう。このことから、変位の比がばらついても所望の範囲に入るようにするためには、溝部１２における振動片の厚さを９２％以下とするのが望ましい。
また、図５の減衰曲線から溝部における厚さが８０％以上で減衰が飽和していることから、８０％以上の厚さであればよい。

以上のことから、振動片中央部の厚さに対する溝部１２の厚さＴが８０％以上かつ９２％以下の場合に、ＣＩ値をより低減でき、かつ他の振動モードを誘発せず発振周波数がより安定した良好な圧電振動片を得ることができる。

次に、図６に振動片のＺ´軸方向端部（幅方向端）における変位と溝幅の関係について示す。
この結果によれば、振動片のＺ´軸方向端部の変位量が主振動に影響を及ぼさないレベルまで減衰できる溝の幅は約６０μｍ以上である。この溝の幅約６０μｍは、当該振動片の厚さとほぼ一致している。また、図示はしないが、他の周波数における相関についても確認したが、振動片のＺ´軸方向端部の変位量が主振動に影響を及ぼさないレベルまで減衰できる溝の幅は振動片の厚さとほぼ一致している。
このことから、溝幅は振動片の厚さ以上とすることにより、振動片の周辺端部での変位が主振動に影響を及ぼさない程度までに振動を減衰することが可能となる。

なお、本実施例では溝部を振動片の表裏にそれぞれ対向するように設けたが、振動片主面の一方の表面のみに溝部を設けて実施することも可能である。
（変形例）

図７は溝部を備えた振動片の変形例を示す振動片の概略図である。図７（ａ）は振動片の斜視図、図７（ｂ）は振動片の平面図、図７（ｃ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。
振動片３０における、Ｙ´軸およびＺ´軸は、ＩＥＣ（International Electro-technical Commission）規格に従った結晶軸の定義におけるＸ軸の＋Ｘ方向に向かって時計回りに３５．２５度回転してなる新座標軸である。
振動片３０は、Ｚ´軸に直交するＸ軸方向の寸法２ａ、Ｘ軸に直交するＺ´軸方向の寸法２ｃ、外周部３３の厚さＴ７とした矩形形状をしている。振動片３０の中央には、厚さＴ５とする矩形状の中央部３１が形成され、中央部３１を取り囲むように厚さＴ６とする溝部３２が形成されている。さらに、溝部３１の外周には厚さＴ７とする外周部３３が形成されている。これら、中央部３１の厚さＴ５、溝部３２の厚さＴ６、外周部３３の厚さＴ７の関係は、Ｔ６＜Ｔ５＜Ｔ７という関係に形成されている。具体的には、Ｔ５が６２μｍ、Ｔ６が５６μｍ、Ｔ７が１００μｍに設計されている。また、溝部３２の幅は、振動片３０の中央部３１の厚さ寸法より大きい６５μｍに形成されている。

このような構成において、振動片３０の中央部３１で励振され振動片の外周へ伝播する厚み滑り振動は、溝部３２で減衰される。この溝部３２の厚さは中央部３１の厚さに対して、９６％以上かつ７０％以下の厚さに形成すればよく、振動を減衰させる効果がある。さらに、溝部３２の幅を中央部３１の厚さより大きく形成することにより、この厚み滑り振動を確実に減衰することができるため、溝部３２の外周に形成した外周部３３を中央部３１より厚く形成しても、振動の伝播は無視できる。
以上のような構成においても、振動片３０の周辺端部での振動を充分に減衰でき、ＣＩ値を悪化させることなく、また、他の振動モードを誘発せずに発振周波数を安定させることができる。

また、本実施例１では中央部を連続して周状に囲むように四角形状の溝部にて形成したが、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように溝部１２で振動片１０の中央部を囲むように形成してもよい。
さらに、図９（ａ）に示すように、振動片１０の中央部を連続して囲むトラック状の形状で溝部を形成してもよい。また、図９（ｂ）、（ｃ）に示すように振動片１０の中央部を囲むようにトラック状の形状で溝部１２を形成してもよい。

次に、実施例２で二つの溝部を振動片に備えた実施例について説明する。
図１０および図１１は本発明の実施例２を説明する振動片の概略図である。図１０（ａ）は振動片の斜視図、図１０（ｂ）は振動片の平面図、図１０（ｃ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ断面図、図１１は図１０（ｃ）における溝部の部分拡大図である。

図１０、図１１において実施例１と同じ構成については同符号を付し説明を省略する。
振動片１０の主面１１には、主面１１の中央部を四角形で囲むように周状の溝部、第１溝部１２および第２溝部１３が形成されている。第１溝部１２および第２溝部１３は振動片１０の主面の表裏に対向し同じ形状に形成されている。第１溝部１２の幅Ｗ１はおよそ３０μｍに形成され、振動片１０の主面１１における最も外側に位置する第２溝部１３の幅Ｗ２は振動片１０の厚さ寸法より大きい６５μｍに形成されている（Ｗ１＜Ｗ２という関係になっている）。
さらに、第１溝部１２の深さは表裏それぞれ３μｍとし、この第１溝部１２における振動片の厚さＴ１はおよそ５６μｍに形成されている。第２溝部１３の深さは表裏それぞれ５μｍとし、この第２溝部１３における振動片の厚さＴ２はおよそ５２μｍに形成されている（Ｔ１＞Ｔ２となる関係になっている）。
このように、溝部の幅は振動片の周辺端部に行くに従い広く形成され、溝部の厚さは振動片の周辺端部に行くに従い薄くなるように形成されている。

図１２（ａ）、（ｂ）は第１溝部１２および第２溝部１３を同じ深さでしかも同じ幅で形成したときの、振動片１０の振動の減衰状態を示す概略模式図である。
図１２（ａ）は、例えば溝部における振動片の厚さを振動片中央部の厚さの９８％（溝部深さを浅く形成）とした場合であり、図１２（ｂ）は、例えば溝部における振動片の厚さを振動片の９０％（溝部の深さを深く形成）とした場合である。
この図１２から、溝の深さが深いほうが振動の減衰効果があり、また、１本の溝より２本の溝のほうが振動を急激に減衰させることなく、振動の減衰を制御できることが理解される。

また、溝部の幅を広くすることは、この溝の範囲で減衰が起こることから、溝部の幅が狭い場合に比べて緩やかに減衰が進むことを意味している。
以上のことから、振動片の主振動に影響を与えないように急激な減衰をさせず、効果的な減衰をさせるには、溝部の振動片の厚さを振動片周辺端部に向かうに従い薄くし、溝の幅も同様に広くすることが望ましい。

図１３は、図１１に示すような第１溝部１２および第２溝部１３を設けた振動片１０の振動変位を有限要素法にて解析した結果である。
このように、振動片１０の振動片保持部側Ｇでの振動変位は少なく、また、振動片中央部での振動変位が大きくなっている。つまり、このことは溝部における減衰が主振動を阻害せず、良好な振動片が得られていることを示している。

次に、実施例３で三つの溝部を振動片に備えた実施例について説明する。
図１４および図１５は本発明の実施例３を説明する振動片の概略図である。図１４（ａ）は振動片の斜視図、図１４（ｂ）は振動片の平面図、図１４（ｃ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ断面図、図１５は図１４（ｃ）における溝部の部分拡大図である。

図１４、図１５において、実施例１および２と同じ構成については同符号を付し説明を省略する。
図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、振動片１０の主面１１には、主面１１の中央部を四角形で囲むように周状の溝部、第１溝部１２および第２溝部１３、第３溝部１４が形成されている。第１溝部１２および第２溝部１３、第３溝部１４は振動片１０の主面の表裏に対向し同じ形状に形成されている。
第１溝部１２の幅Ｗ１はおよそ２０μｍに形成され、第２溝部１３の幅Ｗ２は４０μｍ、振動片１０の主面１１における最も外側に位置する第３溝部１４の幅Ｗ３は振動片１０の厚さ寸法より大きい６５μｍに形成されている（Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３という関係になっている）。

さらに、第１溝部１２の深さは表裏それぞれ３μｍとし、この第１溝部１２における振動片の厚さＴ１はおよそ５６μｍに形成されている。第２溝部１３の深さは表裏それぞれ５μｍとし、この第２溝部１３における振動片の厚さＴ２はおよそ５２μｍに形成されている。第３溝部１４の深さは表裏それぞれ６μｍとし、この第３溝部１４における振動片の厚さＴ３はおよそ５０μｍに形成されている（Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３なる関係になっている）。

また、第１溝部１２と第２溝部１３の間隔Ｌ１は４０μｍ、第２溝部１３と第３溝部１４の間隔Ｌ２は２０μｍに形成されている（Ｌ１＞Ｌ２となる関係になっている）。
このように、溝部の幅は振動片の周辺端部に行くに従い広く形成され、溝部の厚さは振動片の周辺端部に行くに従い薄くなるように形成され、さらに隣り合う溝部と溝部の間隔は振動片の周辺端部に行くに従い狭くなっている。

溝部の幅を振動片１０の周辺端部に行くに従い広く形成したこと、および溝部の厚さを振動片の周辺端部に行くに従い薄くなるように形成した理由は実施例２で説明したとおりである。また、隣り合う溝部の間隔を振動片１０の周辺端部に行くに従い狭く形成したことの理由は、振動片１０の中央部に近い溝部では振動の減衰を急激に行わないために、溝部と溝部の間隔を広く設定し、振動片端部では充分な減衰を得るために溝部と溝部の間隔を狭くするという考えによる。

このような構成によって、主振動に影響を与えるような急激な減衰を低減し、振動片周辺端部での変位を小さくする良好な振動片を得ることができる。

図１６は本発明に係る振動片１０に励振電極とそれに接続される接続電極を形成した振動片の一例である。図１６（ａ）は振動片の平面図であり、図１６（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

振動片１０の表裏には、その中央部を囲み厚み方向に対向する、第１溝部１２と第２溝部１３が形成されている。第１溝部１２に囲まれた主面１１の中央部には励振電極２０が振動片１０の厚さ方向に対向するように設けられている。また、励振電極２０から振動片１０の周辺端部に延伸する接続電極２１が形成されている。この接続電極２１は振動片１０の表裏に形成されており、導電性接着剤で振動片１０の端部を他の部材に固着することにより、他の部材と振動片１０の固着および励振電極２０との電気的導通が可能となっている。
励振電極２０および接続電極２１はＣｒ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｇなどの電極に適する材料で形成され、真空蒸着またはスパッタリングなどの方法により設けられている。なお、本実施例では励振電極２０を矩形状に形成したが、任意の形状で形成してもよい。

このように、圧電振動片１０の中央部を囲むように溝部１２，１３を形成したことにより、振動片１０の周辺端部での振動を充分に減衰することができ、接続電極２１の部分で振動片１０を固着保持した場合に振動片１０から保持部への振動の漏洩がなく、主振動に影響を与えない良好な電気的特性をもった圧電振動片を提供できる。

図１７は本発明に係る圧電振動片を用いた圧電振動子の一例を示す概略図である。図１７（ａ）は圧電振動子の斜視図、図１７（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

圧電振動子５０は、例えばセラミック製の収容容器５１に圧電振動片１０を導電性接着剤５２にて固着して保持をし、図示はしないが、収容容器５１の上面に接合して収容容器５１内を真空あるいは不活性ガス雰囲気で密閉する蓋体を有する構造となっている。圧電振動片１０には、中央部に励振電極２０が厚み方向に対向するように形成され、また、励振電極２０から圧電振動片１０の周辺端部に延伸する接続電極２１が形成されている。圧電振動片１０の励振電極２０を囲むように第１溝部１２および第２溝部１３が厚さ方向に対向するように形成されている。圧電振動片１０は収容容器５１の保持部５３において、導電性接着剤５２で固着保持され励振電極２０と収容容器５１の配線（図示せず）と電気的に接続されている。

このように、圧電振動片１０の中央部を囲むように溝部１２，１３を形成したことにより、振動片１０の周辺端部での振動を充分に減衰することができ、接続電極２１の部分で振動片１０を固着保持しても振動の漏洩がなく、主振動に影響を与えない良好な電気的特性をもった圧電振動子５０を提供できる。

図１８は本発明に係る圧電振動片を用いた圧電発振器の概略図である。図１８（ａ）は圧電発振器の斜視図、図１８（ｂ）は同図（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

圧電発振器７０は、例えばセラミック製の収容容器７１に圧電振動片１０を導電性接着剤７２にて固着して保持し、また、圧電振動片１０を発振させるための回路部７４を固定し、図示はしないが、収容容器７１の上面に接合して収容容器７１内を真空あるいは不活性ガス雰囲気で密閉する蓋体を有する構造となっている。
圧電振動片１０には、中央部に励振電極２０が厚み方向に対向するように形成され、また、励振電極２０から圧電振動片１０の周辺端部に延伸する接続電極２１が形成されている。圧電振動片１０の励振電極２０を囲むように第１溝部１２および第２溝部１３が厚さ方向に対向するように形成されている。圧電振動片１０は収容容器７１の保持部７３において、導電性接着剤７２で固着保持され励振電極２０と収容容器７１の配線（図示せず）および回路部７４と電気的に接続されている。

このように、圧電振動片１０の中央部を囲むように溝部１２，１３を形成したことにより、振動片１０の周辺端部での振動を充分に減衰することができ、接続電極２１の部分で振動片１０を固着保持しても振動の漏洩がなく、主振動に影響を与えない良好な電気的特性をもった圧電発振器７０を提供できる。

なお、本発明は振動片の主面中央部を囲む溝部を形成することに限定されず、振動片の長手方向両側にその中央部を挟んで対峙するように溝部を形成してもよい。すなわち、振動片の短手方向両側に対峙する溝部のない構成であってもよい。
また、以上の実施例において、圧電振動片の材料として水晶を例にとり説明したが、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムあるいはＰＺＴなど、他の圧電材料を用いても実施が可能であり、同様の効果を享受できる。

本発明の実施例１を説明する水晶振動片の概略図。 部分拡大断面図。 厚み滑り振動の減衰状態を示す有限要素法による解析の変位分布図。 厚み滑り振動の減衰状態を示す有限要素法による解析の変位分布図。 保持部分での変位の比を示す相関図。 振動片の溝幅とＺ´軸方向端部における変位を示す相関図。 本発明の実施例１の変形例を説明する水晶振動片の概略図。 溝部の他の実施形態を示す概略図。 溝部の他の実施形態を示す概略図。 本発明の実施例２を説明する水晶振動片の概略図。 部分拡大断面図。 振動の減衰状態を示す概略模式図。 厚み滑り振動の減衰状態を示す有限要素法による解析の変位分布図。 本発明の実施例３を説明する水晶振動片の概略図。 部分拡大断面図。 本発明の圧電振動片の応用例を示す概略図。 本発明における圧電振動子の概略図。 本発明における圧電発振器の概略図。

符号の説明

１０…圧電振動片としての振動片、１１…主面、１２…溝部としての第１溝部、１３…溝部としての第２溝部、１４…溝部としての第３溝部、２０…励振電極、２１…接続電極、３０…圧電振動片としての振動片、５０…圧電振動子、５３…保持部、７０…圧電発振器、７３…保持部、７４…回路部、Ｔ、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ６…溝部における厚さ。

Claims (14)

1. 主面の少なくとも一方の面に溝部を有するとともに厚み滑り振動を主振動とする圧電振動片であって、前記溝部は前記圧電振動片の中央部を挟んで対峙するようにまたは前記圧電振動片の中央部を囲むように形成され、前記溝部における厚さは前記中央部の厚さに対して９６％以下かつ７０％以上に形成されていることを特徴とする圧電振動片。
2. 請求項１に記載の圧電振動片において、前記溝部における厚さは前記中央部の厚さに対して９２％以下かつ８０％以上に形成されていることを特徴とする圧電振動片。
3. 請求項１に記載の圧電振動片において、前記溝部が前記圧電振動片の中央部から周辺端部に向かい間隔を開けて複数列設けられていることを特徴とする圧電振動片。
4. 請求項３に記載の圧電振動片において、前記主面の最も外側に位置する前記溝部の幅を前記中央部における厚さ以上としたことを特徴とする圧電振動片。
5. 請求項３に記載の圧電振動片において、複数の前記溝部は当該各溝部における厚さが圧電振動片の周辺端部に向かい順次薄くなるように形成されていることを特徴とする圧電振動片。
6. 請求項３に記載の圧電振動片において、複数の前記溝部は３列以上形成されており、隣り合う溝部と溝部との間隔が圧電振動片の周辺端部に向かい順次狭くなるように形成されていることを特徴とする圧電振動片。
7. 請求項３に記載の圧電振動片において、複数の前記溝部は当該各溝部の幅が圧電振動片の周辺端部に向かい順次広くなるように形成されていることを特徴とする圧電振動片。
8. 請求項３に記載の圧電振動片において、複数の前記溝部は当該各溝部における厚さが圧電振動片の周辺端部に向かい順次薄くなるように形成され、さらに各溝部の幅が圧電振動片の周辺端部に向かい順次広くなるように形成されていることを特徴とする圧電振動片。
9. 請求項３に記載の圧電振動片において、複数の前記溝部は３列以上形成されており、隣り合う溝部と溝部との間隔が圧電振動片の周辺端部に向かい順次狭くなるように形成され、さらに各溝部における厚さが、圧電振動片の周辺端部に向かい順次薄くなるように形成されていることを特徴とする圧電振動片。
10. 請求項３に記載の圧電振動片において、複数の前記溝部は３列以上形成されており、隣り合う溝部と溝部との間隔が圧電振動片の周辺端部に向かい順次狭くなるように形成され、さらに各溝部の幅が圧電振動片の周辺端部に向かい順次広くなるように形成されていることを特徴とする圧電振動片。
11. 請求項３に記載の圧電振動片において、複数の前記溝部は３列以上形成されており、隣り合う溝部と溝部との間隔が圧電振動片の周辺端部に向かい順次狭くなるように形成され、各溝部における厚さが圧電振動片の周辺端部に向かい順次薄くなるように形成され、さらに各溝部の幅が圧電振動片の周辺端部に向かい順次広くなるように形成されていることを特徴とする圧電振動片。
12. 請求項１に記載の圧電振動片において、前記圧電振動片の２つの主面中央部に任意形状に形成されかつ厚さ方向に対向する一対の励振電極と、前記励振電極に接続され前記圧電振動片の周辺端部に延伸する接続電極と、が設けられたことを特徴とする圧電振動片。
13. 請求項１２に記載の圧電振動片と、前記圧電振動片をその端部で電気的に接続された状態に固着保持する保持部と、を有することを特徴とする圧電振動子。
14. 請求項１２に記載の圧電振動片と、前記圧電振動片を発振させるための回路部と、前記圧電振動片の端部を固着保持するとともに前記圧電振動片と前記回路部とを電気的に接続する保持部と、を有することを特徴とする圧電発振器。
    

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