JP2006166390A - 圧電振動片、圧電振動子及び圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】 振動の伝播を抑制するための一つの溝が主電極の外周に近接して設けられていたため、振動が急激に減衰され、主振動の電気的特性が影響を受けて、可変周波数が取れなくなる等の課題を有していた。
【解決手段】 厚みすべり振動が主面１１の中心部１２から外周部１１へ伝播することを抑制するための複数の溝１３，１４が、少なくとも一方の前記主面１１の中心部１２を囲む概周状に設けられていることを特徴とする圧電振動片。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧電振動片の外周部へ主振動である厚みすべり振動が伝播することを防止するための圧電振動片の形状に関するものである。

ＡＴカット水晶振動子の主振動である厚みすべり振動は、振動片の中央部が振動するように励振電極の配置などが決められているが、中央部で振動する厚みすべり振動は、振動片の外周部へ伝播する。
振動片は、振動片の外周部をセラミック等から形成される収納器に固着されて保持されるため、この固着によって伝播した振動が抑制される。この伝播した振動の抑制が主振動である厚みすべり振動に影響して、クリスタルインピーダンス（以下、「ＣＩ値」という。）が低下したり、他の振動モードを誘発し発振周波数の安定性を低下させたりする。

例えば、特許文献１または特許文献２には、厚みすべり振動の振動片外周部への伝播を抑制するために、振動片の主面上に設けられた励振電極を囲み、振動片の外周部との間に溝を設けて振動を減衰させることによって、振動片外周部への厚みすべり振動の伝播を抑制する方法が開示されている。
なお、特許文献１、特許文献２においては、溝の深さ、溝の形状、及び溝の配置については、何ら開示されていない。

特開２００１−２５７５５８号公報 特開平９−９３０７６号公報

しかしながら、前述の背景技術に示した構成によれば、一つの溝を励振電極の外側に設けることにより、振動片の振動領域の直近で急激な振動の減衰が発生することとなる。この振動の急激な減衰により主振動の電気的特性が影響を受け、例えば、Ｃ₁（等価容量）が小さくなることによって周波数可変量がとれなくなる、等の課題を有していた。

かかる問題を解決するために、本発明に係る圧電振動片は、圧電基板の表裏に前記圧電基板を振動させるための励振電極が形成される主面を設け、厚みすべり振動を主振動とする圧電振動片において、前記厚みすべり振動の前記主面の中心部から外周部への伝播を抑制するための複数の溝が、少なくとも一方の前記主面の中心部を囲む概周状に設けら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、主面の中心部を囲む概周状に複数の溝を設けることにより、振動片のすべての方向に対して厚みすべり振動を主面の中心部から主面の外周部に向かって段階的に減衰させることから、急激な振動の減衰による主振動の電気的特性の影響を防ぐことができ、周波数可変量を確保することが可能となる。

また、前記複数の溝のうち、前記主面の最も外周側に位置する溝の幅は、前記圧電基板の厚み以上であることが望ましい。
このようにすれば、最も外周側に形成された溝により、中心部から外周部への厚みすべり振動の伝播を確実に抑制することが可能となる。

また、一つの溝と異なる溝が、前記圧電振動片が支持される方向の前記一つの溝の一部に沿って設けられていることが望ましい。
このようにすれば、振動片を支持する方向の振動の抑制をさらに高め、振動片を支持することによる主振動への影響をさらに少なくすることが可能となる。

また、前記複数の溝は、溝が３列以上形成されており、前記複数の溝は、隣り合う溝と溝との間隔を、前記主面の中心部から外周部に向かい順次狭くして形成されていることが望ましい。
このようにすれば、主振動に近い部分での減衰を急激に起こさないことが可能となり、主振動の電気特性に対する影響を少なくすることが可能となる。

また、前記複数の溝は、前記主面の中心部に最も近い溝から外周部に向かい溝の幅を順次広く形成されていることが望ましい。
このようにすれば、主振動に近い部分での減衰を急激に起こさないことが可能となり、主振動の電気特性に対する影響を少なくすることが可能となる。

本発明に係る圧電振動片は、圧電基板の表裏に前記圧電基板を振動させるための励振電極が形成される主面を設け、厚みすべり振動を主振動とする圧電振動片において、前記厚みすべり振動の前記主面の外周部への伝播を抑制するための溝が、少なくとも一方の前記主面の中心部を囲む概周状に設けられており、前記溝の幅は、前記圧電基板の厚み以上であることを特徴とする。
本発明の圧電振動片によれば、圧電基板の厚みの寸法と同等以上の幅の溝を一つ設けることにより、主面の中心部の厚みすべり振動の外周部への伝播を主振動に影響しないレベルまで抑制することが可能となる。さらに、溝を主面の中心部を囲む概周状に設けることにより、振動片のすべての方向において振動の伝播を抑制することが可能となる。即ち、本発明の圧電振動片によれば、振動片のすべての方向において、主面の中心部の厚みすべり振動の外周部への伝播を主振動に影響しないレベルまで抑制することが可能となる。

また、上述の、少なくとも前記圧電振動片の主面の中心部に、任意の形状の励振電極及び前記励振電極と接続される支持電極とが形成されていることとしてもよい。

また、上述の、本発明に係る圧電振動片と、前記圧電振動片を固着して接続を行う保持部と、を有することを特徴とする圧電振動子を提供することも可能となる。

また、上述の、本発明に係る圧電振動片と、前記圧電振動片を駆動するための回路部と、前記圧電振動片及び前記回路部を固着して接続を行う固着部を有する保持部と、を有することを特徴とする圧電発振器を提供することも可能となる。

実施例の説明に先立ち、本発明に係る圧電振動片の振動原理について、ＡＴカット水晶振動子（以下、振動片という）の場合で説明する。

振動の伝播は、式（１）〜式（４）により表される。式（１）〜式（４）によれば、同一振動片上に周波数の違いを持つ領域があると、振動の伝播は、周波数の高い方から低い方へ起こり、周波数の低い方から高い方に対しては、α、βが虚数となるため振動が伝播距離に従って減衰する。

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、上記の式を用い、振動片に溝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式（１）〜（４）を用い有限要素法（ＦＥＭ）にて、最適な溝構成を解析した。

以下、本発明に係る圧電振動片の最良の形態について、図面を用いて説明する。なお、本発明は、後述の実施例に限定されるものではない。

本発明の圧電振動片の一例としての、２つの周状の溝（二重溝）を有する水晶から構成される振動片について、図１に沿って説明する。図１は、実施例１を説明するための振動片の概略図であり、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、振動片の図１（ｂ）に示すＡ−Ａ´断面図である。

圧電基板の一例として、共振周波数２７ＭＨｚ、Ｘ辺比３３、Ｚ辺比２１のＡＴカット水晶振動片１０を用いて説明する。本実施例の振動片１０のＹ´軸、及びＺ´軸は、ＩＥＣ基準に従った結晶軸の定義における、Ｘ軸回りに＋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に対応している。振動片１０の形状は、Ｙ´軸方向に厚み２ｂを有する矩形状の平板であり、Ｚ´軸に直交するＸ軸方向を振動片１０の長手寸法２ａ（本実施例では、振動片１０の支持方向）、及びＸ軸に直交するＺ´軸方向を振動片１０の幅寸法２ｃとする主面１１を表裏に有している。

振動片１０の表裏に設けられた主面１１には、主面１１の中心部１２を囲み、振動片１０の外形形状にほぼ沿った周状の、内側の溝１３（溝幅ｗ１）及び外側の溝１４（溝幅ｗ２）の２つの溝が設けられている。内側の溝１３及び外側の溝１４は、それぞれ溝幅ｗ１，ｗ２を５０μｍ、深さを３μｍに形成している。

ここで、図２を用いて実施例１の複数の溝を用いた振動片の厚みすべり振動の減衰について説明する。
図２は、振動片の主振動たる厚みすべり振動の減衰を示す模式図である。なお、本実施例では、２つの溝によって振動片の外周部を保持しても主振動である厚みすべり振動の特性に影響を与えない振動の変位量まで減衰させる例について説明する。

図２によれば、厚みすべり振動は、振動片１０の中心部で最大の変位（ｈ）をもって振動している。振動の減衰は、振動片に設けられた溝１及び溝２によって行われるが、先ず振動片に設けられた溝１の内周側端（１ｈ）から厚みすべり振動の減衰が始まり溝１の外周側端（１ｍ）までの間で所定の変位量までの減衰を行う。溝１と溝２との間、即ち溝１の外周側の溝のない部分では、溝１によって減衰してきた振動の減衰が一旦止まり、振動の変位量（ｍ）は、ほぼ変わらずに溝２の位置まで継続する。続いて厚みすべり振動は、溝２の内周側端（２ｍ）から、再び減衰が始まり溝２の外周側端（２ｎ）まで減衰する。その後は、溝部ではない平坦部となるため振動の変位量（ｎ）は、ほぼ変わらずに小さいレベルで継続する。

図５は、本実施例の有限要素法（ＦＥＭ）による変位分布の計算結果である。この図５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（Arbitraily Unit）として表してある。また、横軸は振動片１０のＸ方向の寸法を示している。
図５に示す本実施例の有限要素法（ＦＥＭ）による変位分布の計算結果によれば、図５（ａ）に示すＸ軸方向（振動片の支持方向）の変位分布、及び図５（ｂ）に示すＺ´軸方向の変位分布ともに、２つの溝により減衰が行われている。そして、主振動部分の振動変位を確保しつつ、振動片の外周端部では、殆んど振動の変位量がなくなっていることがわかる。

本実施例によれば、振動片の中心部を囲む概周状に複数の溝を設けることにより、振動片のすべての方向に対して厚みすべり振動を主面の中心部から主面の外周部に向かって段階的に減衰させることが可能となる。従って、主振動に近い部分で急激な振動の減衰を起こすことなく、振動片の外周部を固定しても主振動である厚みすべり振動に影響のない値まで振動を減衰することが可能となる。
さらに、複数の周状の溝を同じ深さで形成することで、複数の溝の形成をエッチング等の加工で同時に形成することが可能となる。
＜変形例＞

図３は、複数の溝を振動片に備えた変形例を示す振動片の平面図である。
複数の溝は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、周状に設けられた複数の溝の一部に溝を有していない構成でも良い。図３（ａ）は、４つのコーナー部Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４に溝がない構成であり、図３（ｂ）は、Ｚ´軸方向の一部に溝がない部分Ｆを有する構成である。なお、溝がない部分は、振動の減衰に影響がなければ、位置、個数は任意に設定することができる。

また、複数の溝は、図３（ｃ）に示すように、周状に設けられた複数の溝の幅は一定でなくてもよく、部分的に幅の広い部分が有っても良い。図３（ｃ）によれば、外周側の溝Ｏでは、Ｚ´軸方向に沿って設けられる溝２３ａの幅がＸ軸に沿って設けられる溝２２ａの幅よりも狭い構成であり、中心部側の溝Ｉでは、Ｚ´軸方向に沿って設けられる溝２２ｂの幅がＸ軸に沿って設けられる溝２３ｂの幅よりも狭い構成となっている。
また、溝の幅が辺の途中で部分的に広くなっている部分２４を有してもよく、さらに図示しないが、溝の幅が部分的に狭くなっている部分を有してもよい。

図４は、他の変形例を示す概略図であり、図４（ａ）は振動片の平面図、図４（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ´断面図である。
図４に示すような、溝８が振動片１０の中心部を囲むように周状に設けられており、急激な減衰を避けなければならない方向（本実施例では、振動片の支持方向）における溝８にほぼ沿った位置（本実施例では、溝８の外周側）に、溝９、溝１０（溝幅ｗ３）を設ける構成も用いることができる。

なお、溝９及び溝１０は、振動片１０の外周に達しておらず、振動片１０内にそれぞれの溝の端を有することがよい。これにより、振動片外周部の厚みを確保することと、振動片１０の端面に達した溝部に起こる応力集中を防止することによって、外部からの衝撃等による振動片の破壊（割れ、クラック）を防ぐことができる。

本発明の圧電振動片の一実施例としての、周状に設けられた溝と溝との間隔が異なる水晶から構成された振動片について、図６を用いて説明する。図６は、実施例２を説明するための振動片の概略図であり、図６（ａ）は、振動片の平面図、図６（ｂ）は、Ａ−Ａ´断面図である。

図６に示すように、振動片１０の中心部３０に近い溝３、振動片１０の外周部３１に近い溝５、溝３と溝５との中間に位置する溝４の３つの溝（三重溝）を有し、振動片の中心部３０に近い２つの溝、即ち、溝３と溝４の間隔Ｌ３が、振動片の外周部３１に近い２つの溝、即ち、溝４と溝５の間隔Ｌ４より広く（Ｌ３＞Ｌ４）形成する。

同様に、図示しないが、溝が４つ以上設けられた場合は、溝と溝との間隔を、振動片１０の中心部３０から外周部３１に向かって順次狭くなるように形成する。

また図７に、有限要素法（ＦＥＭ）による本実施例の圧電振動片のＸ軸方向（振動片の支持方向）の変位分布の計算結果を示す。図７によれば、厚みすべり振動の減衰が確実に行われており、主振動部分の振動変位を確保しつつ、振動片の外周端部では、殆んど振動の変位量がなくなっていることがわかる。

このように振動の減衰は、溝と溝との間隔を広くする、即ち、減衰が起こらない領域を大きくすることにより、振動がゆっくり減衰することになる。
本実施例のように、振動領域に近接する部分での溝と溝との間隔を広く形成し、外周部に向かって順次狭くするように形成することにより、振動変位の大きい、即ち、主振動に近接する領域での振動の減衰はゆっくりとなり、急激な振動の減衰を起こすことなく外周部に向かって徐々に減衰を行う。したがって、主振動である厚みすべり振動の電気特性に影響させることなく外周部への振動の伝播を抑制することができる。

本発明の圧電振動片の一実施例としての、複数の周状の溝の幅が異なる水晶から構成された振動片について、図８を用いて説明する。図８は、実施例３を説明するための振動片の概略図であり、図８（ａ）は、振動片の平面図、図８（ｂ）は、Ａ−Ａ´断面図である。

図８に示すように、振動片１０の中心部３３に近い溝６の溝幅Ｓ６が、振動片１０の外周部３４に近い溝７の溝幅Ｓ７よりも狭く（Ｓ６＜Ｓ７）形成される。

同様に、溝が３個以上の複数設けられる場合は、溝の溝幅が、振動片１０の中心部３３から外周部３４に向かって順次広くなるように形成する。

図９に、有限要素法（ＦＥＭ）による本実施例の圧電振動片のＸ軸方向（振動片の支持方向）の変位分布の計算結果を示す。図９によれば、厚みすべり振動の減衰が確実に行われており、主振動部分の振動変位を確保しつつ、振動片の外周端部では、殆んど振動の変位量がなくなっていることがわかる。

本実施例によれば、主振動領域に近接する溝の幅を最も狭く形成し、外周部に向かって順次広くするように形成することにより、振動変位の大きな主振動に近接する部分での減衰を小さく開始し、順次主振動の影響が小さくなる外周側に近づくにつれて溝幅を広くして完全な減衰を図ることができる。したがって、主振動に近接する領域での急激な振動の減衰を防止することができるため、主振動である厚みすべり振動の電気特性に影響させることなく外周部への振動の伝播を完全に抑制することができる。

このように、振動片の中心部を囲む概周状に複数の溝を設けることにより、振動片のすべての方向に対して厚みすべり振動を主面の中心部から主面の外周部に向かって段階的に減衰させることが可能となる。従って、主振動に近い部分の急激な振動の減衰を起こすことなく、振動片の外周部を固定しても主振動である厚みすべり振動に影響のない値まで振動を減衰することが可能となる。
さらに、複数の溝の形状及び配置を変えることにより振動の減衰状態をコントロールして最良の減衰カーブを得ることができることから、主振動の特性を確保しながら振動の減衰領域を小さくすることが可能となる。即ち、振動片の小型化にも寄与することが可能となる。

また、振動片に複数の溝を設けることに変えて、一つの溝（一重溝）で溝幅を振動片の厚さより大きく設けることで、主面の中心部の厚みすべり振動の外周部への伝播を主振動に影響しないレベルまで抑制することができる。
本発明の圧電振動片の一実施例としての、溝幅が振動片の厚み寸法より大きい振動片について、図１０を用いて説明する。図１０は、実施例４を説明するための振動片の概略図であり、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、図１０（ｂ）に示す振動片のＡ−Ａ´断面図である。

本実施例は、主面上に所定の溝幅を持った一つの溝を有する圧電基板の一例として、共振周波数２７ＭＨｚ、Ｘ辺比３３、Ｚ辺比２１のＡＴカット水晶振動片４１を用いて説明する。本実施例の振動片４１のＹ´軸、及びＺ´軸は、ＩＥＣ基準に従った結晶軸の定義における、Ｘ軸回りに＋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に対応している。振動片４１の形状は、Ｙ´軸方向に厚み２ｂを有する矩形状の平板であり、Ｚ´軸に直交するＸ軸方向を振動片４１の長手２ａ（本実施例では、振動片４１の支持方向）、及びＸ軸に直交するＺ´軸方向を振動片４１の幅２ｃとする主面４２を表裏に有している。

振動片４１の表裏に設けられた主面４２には、主面４２の中心部４３を囲み、振動片４１の外形形状にほぼ沿った周状の溝４４が設けられている。溝４４は、溝幅２ｗを１００μｍ、深さを３μｍに形成している。

図１１は、実施例４で説明した振動片における溝幅と振動片のＺ´方向端（幅方向端）の変位量との相関を表す図である。図１１によれば、振動片の端部の変位量が主振動に影響しないレベルまで減衰できる溝の幅は、６０μｍ程度であり、当該振動片の厚みとほぼ一致していることがわかる。また、図示しないが他の周波数における相関の確認においても、振動片の端部の変位量が主振動に影響しないレベルまで減衰できる溝の幅は、当該振動片の厚みとほぼ一致していることが確認できた。

従って、溝幅２ｗ＞振動片厚み２ｂとなる溝を振動片の中心部を囲む概周状に設けることにより主振動の振動片の外周部への伝播を抑制し、振動片の端部の変位量が主振動に影響しないレベルまで減衰することが可能となる。

図１２は、有限要素法（ＦＥＭ）による本実施例の圧電振動片のＸ軸方向（振動片の支持方向）の変位分布の計算結果を溝幅毎示した図である。図１２によれば、振動片厚みより小さい溝幅５０μｍでは振動片の外周部に振動の伝播があり、伝播の影響により主振動の変位量が小さくなっている。また、溝幅６０μｍ及び溝幅１００μｍでは、厚みすべり振動の減衰が確実に行われており、主振動部分の振動変位を確保しつつ、振動片の外周端部では、殆んど振動の変位量がなくなっていることがわかる。本計算結果においても、溝幅２ｗ＞振動片厚み２ｂとなる溝を振動片の中心部を囲む概周状に設けることにより主振動の振動片の外周部への伝播を抑制し、振動片の端部の変位量が主振動に影響しないレベルまで減衰することが確認できる。
＜変形例＞

また、複数の溝を振動片の主面に形成し、複数の溝のうち最も外周側に位置する溝の幅を、圧電基板の厚み以上としても良い。
本発明の圧電振動片の変形例としての振動片について、図１３を用いて説明する。図１３は、実施例４の変形例を説明するための振動片の概略図であり、図１３（ａ）は、振動片の平面図、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示す振動片のＡ−Ａ´断面図である。

本変形例では、実施例４と同様なＡＴカット水晶振動片４１を用いており、溝についての主要部を説明をする。
振動片４１の表裏に設けられた主面４２には、主面４２の中心部４３を囲み、振動片４１の外形形状にほぼ沿った周状の、内側の溝４５（溝幅ｗ４）及び外側の溝４６（溝幅２ｗ）の２つの溝が設けられている。内側の溝４５は溝幅ｗ４を５０μｍ、深さを３μｍに形成している。外側の溝４６は溝幅２ｗを６０μｍ、深さを３μｍに形成している。この、外側の溝４６は溝幅２ｗは振動片４１の厚さ２ｂより大きく、溝幅２ｗ＞振動片厚み２ｂとなる溝４６が形成されている。

このように、この変形例では溝を複数設ける効果と、溝の幅を振動片の厚みよりも大きくする効果を合わせ持ち、主振動の振動に対する影響の発生しない領域まで振動を減衰することが可能となる。特に、最も外側の溝幅を振動片の厚みよりも大きく形成することで、振動の伝播を確実に抑制された状態とすることが可能となる。

なお、前述までの説明では、短冊型（矩形形状）の振動片を用いて説明したが、図１４に示すような外形形状が円形の振動片をはじめ、図示しない外形形状が正方形等他の形状の振動片形状においても同様な構成を用いることができる。また、図１４においては、外周側の周状の溝が中途切断された形状を示しているが、これに限らず、外側の溝においても内側の溝と同じように周状の溝で有ってもよい。

また、溝は主面の表裏に設けることで説明したが、これに限らず片面に設ける構成でも同様な効果を有する。

また、上述の実施例の説明に用いた図では、周状の溝が、直線で振動片の外形形状に平行で形成される例で表されているが、これに限らず、曲線形状などの非直線形状でもよく、さらには、振動片の外形には平行でなくても構わない。

また、前述の振動片を用い、厚みすべり振動を発生させるための励振電極と、励振電極から接続される支持電極とを、振動片の表裏に設けた主面に任意の形状で形成してなる圧電振動片も提供することができる。
図１５および図１６は、実施例１にて説明した振動片に電極として励振電極と支持電極を形成した実施例である。
図１５において、図１５（ａ）は電極を形成した振動片の平面図、図１５（ｂ）は同図（ａ）に示す振動片のＡ―Ａ´断面図である。

振動片１０の表裏に設けられた主面１１には、主面１１の中心部１２を囲み、振動片１０の外形形状にほぼ沿った周状の、内側の溝１３及び外側の溝１４の２つの溝が設けられている。振動片１０の中心部１２の表裏には、厚みすべり振動を発生させるための励振電極６０が形成されている。励振電極６０は中心部１２の周縁部を残し、矩形状に形成されている。さらに、励振電極６０から振動片１０の外周部に向かい、外部と接続される支持電極６１が形成されている。

また、一部の溝、或いは全部の溝まで範囲を広げて励振電極を形成してもよい。
図１６において、図１６（ａ）は電極を配置した振動片の平面図、図１６（ｂ）は同図（ａ）に示す振動片のＡ―Ａ´断面図である。
振動片１０の表裏に設けられた主面１１には、主面１１の中心部１２を囲み、振動片１０の外形形状にほぼ沿った周状の、内側の溝１３及び外側の溝１４の２つの溝が設けられている。励振電極６２は、中心部１２および溝１３を経て、溝１３と溝１４の間の中間部１５まで広がり、矩形状に形成されている。さらに、振動片１０の表裏に形成された励振電極６２から振動片１０の外周部に向かい、外部と接続される支持電極６３が形成されている。

このように、溝を形成した振動片に厚みすべり振動を発生させるための励振電極と、励振電極から接続される支持電極とを振動片の表裏に任意の形状で形成することで、前述した振動片の効果を享受できる。つまり、振動片の主振動の外周部への伝播を抑制し、振動片の端部の変位量が主振動に影響しないレベルまで減衰することができる。

本発明に係る圧電振動片を用いた圧電振動子を、図１７に示し説明する。図１７は、本発明に係る圧電振動子の概略図であり、図１７（ａ）は、圧電振動子の斜視図、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）に示す圧電振動子のＡ−Ａ´断面図である。

本発明に係る圧電振動子５０は、例えば、セラミック製のパッケージ（収納容器）５１の内の基台５２に、振動片５５が導電性接着剤５７などにより電気的接続を取りながら固定されている。振動片５５の主面には、厚みすべり振動を発生させるために任意の形状で形成された励振電極５３と、励振電極５３から接続される外部接続のための支持電極５４と、厚みすべり振動の外周部への伝播を抑制するための主面の中心部を囲む概周状の溝５６とが形成されている。ここで、パッケージ５１の底部５８は、振動片５５が固定接続される基台５２以外の部分は振動片５５に接しないように窪み構造となっている。さらに、蓋体５９がパッケージ５１の上面に接合されて気密性を保持する構成となっている。

本実施例の圧電振動子によれば、振動片５５の中心部を囲む概周状の溝５６により振動片５５のすべての方向の外周部において、主振動である厚みすべり振動に影響のない値まで振動を減衰することが可能な振動片５５を用いることにより、該振動片５５の外周部をパッケージ５１に固定接続しても、主振動の特性に影響ない安定した振動を継続できる。また、周波数可変量を大きく取れるなど振動特性のよい圧電振動子５０を提供することができる。

本発明に係る圧電振動片を用いた圧電発振器を、図１８に示し説明する。図１８は、本発明に係る圧電振動器の概略図であり、図１８（ａ）は、圧電発振器の斜視図、図１８（ｂ）は、図１８（ａ）に示す圧電発振器のＡ−Ａ´断面図である。

本発明に係る圧電発振器７０は、例えば、セラミック製のパッケージ（収納容器）７１の内の基台７２に、振動片７７が導電性接着剤７８などにより電気的接続を取りながら固定されている。振動片７７の主面には、厚みすべり振動を発生させるために任意の形状で形成された励振電極７４と、励振電極７４から接続される外部接続のための支持電極７５と、厚みすべり振動の外周部への伝播を抑制するための主面の中心部を囲む概周状の溝７６とが形成されている。さらに、該パッケージ７１の底部７９には、振動片７７と電気的に接続された、少なくとも振動片７７を動作させる機能を有する動作回路部８０が固定されている。ここで、パッケージ７１の底部７９は、振動片７７が固定接続される基台７２以外の部分は振動片７７と動作回路部８０が接しないような深さを持った窪み構造となっている。さらに、パッケージ７１の内に固着された振動片７７、及び動作回路部８０は、パッケージ７１の上面に接合される蓋体８１によって気密性を持って収納される。

本実施例の圧電発振器によれば、振動片７７の中心部を囲む概周状の溝７６により振動片７７のすべての方向の外周部において、主振動である厚みすべり振動に影響のない値まで振動を減衰することが可能な振動片７７を用いることにより、振動片７７の外周部をパッケージ７１に固定接続しても、主振動の特性に影響ない安定した振動を継続できる。また、周波数可変量を大きく取れるなど振動特性のよい圧電発振器７０を提供することができる。

なお、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の振動片を説明するための概略図。 本発明の振動片の主振動たる厚みすべり振動の減衰を表す模式図。 本発明の実施例１における振動片の溝形状の応用例を示す概略図。 本発明の実施例１における振動片の溝形状の応用例を示す概略図。 本発明の実施例１の厚みすべり振動の減衰を示す有限要素法（ＦＥＭ）による変位分布の計算結果を示す図。 本発明の実施例２を説明するための水晶振動片の概略図。 本発明の実施例２の厚みすべり振動の減衰を示す有限要素法（ＦＥＭ）による変位分布の計算結果を示す図。 本発明の実施例３を説明するための振動片の概略図。 本発明の実施例３の厚みすべり振動の減衰を示す有限要素法（ＦＥＭ）による変位分布の計算結果を示す図。 本発明の実施例４を説明するための振動片の概略図。 本発明の実施例４で説明した振動片における溝幅と振動片のＺ方向端（幅方向端）の変位量との相関を表す図。 本発明の実施例４の厚みすべり振動の減衰を示す有限要素法（ＦＥＭ）による変位分布の計算結果を示す図。 本発明の実施例４における変形例を説明するための振動片の概略図。 本発明に係る振動片の応用例を示す概略図。 本発明の実施例５を説明するための振動片の概略図。 本発明の実施例５の他の例を説明するための振動片の概略図。 本発明に係る圧電振動子を示す概略図。 本発明に係る圧電発振器を示す概略図。

符号の説明

１０…水晶振動片、１１…主面、１２…主面の中心部、１３…内側の溝、１４…外側の溝、Ｘ…結晶軸におけるＸ軸方向（振動片の支持方向）、Ｙ´…Ｘ軸回りに所定量回転したＹ軸方向（振動片の厚み方向）、Ｚ´…Ｘ軸回りに所定量回転したＺ軸方向（振動片の幅方向）、２ａ…Ｘ軸方向における振動片の外形寸法（振動片支持方向寸法）、２ｂ…Ｙ´軸方向における振動片の厚み寸法、２ｃ…Ｚ´軸方向における振動片の外形寸法（振動片の幅寸法）。

Claims (9)

1. 圧電基板の表裏に前記圧電基板を振動させるための励振電極が形成される主面を設け、厚みすべり振動を主振動とする圧電振動片において、
   前記厚みすべり振動の前記主面の中心部から外周部への伝播を抑制するための複数の溝が、少なくとも一方の前記主面の中心部を囲む概周状に設けら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、
   前記複数の溝のうち、前記主面の最も外周側に位置する溝の幅は、前記圧電基板の厚み以上であ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、
   一つの溝と異なる溝が、前記圧電振動片が支持される方向の前記一つの溝の一部に沿って設けられていることを特徴とする圧電振動片。
4. 請求項１に記載の圧電振動片において、
   前記複数の溝は、溝が３列以上形成され、前記複数の溝は、隣り合う溝と溝との間隔を、前記主面の中心部から外周部に向かい順次狭くして形成されていることを特徴とする圧電振動片。
5. 請求項１に記載の圧電振動片において、
   前記複数の溝は、前記主面の中心部に最も近い溝から外周部に向かい溝の幅を順次広く形成されていることを特徴とする圧電振動片。
6. 圧電基板の表裏に前記圧電基板を振動させるための励振電極が形成される主面を設け、厚みすべり振動を主振動とする圧電振動片において、
   前記厚みすべり振動の前記主面の外周部への伝播を抑制するための溝が、少なくとも一方の前記主面の中心部を囲む概周状に設けられており、
   前記溝の幅は、前記圧電基板の厚み以上であることを特徴とする圧電振動片。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の圧電振動片において、
   少なくとも前記圧電振動片の主面の中心部に、任意の形状の励振電極及び前記励振電極と接続される支持電極とが形成されていることを特徴とする圧電振動片。
8. 請求項７に記載の圧電振動片と、
   前記圧電振動片を固着して接続を行う保持部と、
   を有することを特徴とする圧電振動子。
9. 請求項７に記載の圧電振動片と、
   前記圧電振動片を駆動するための回路部と、
   前記圧電振動片及び前記回路部を固着して接続を行う固着部を有する保持部と、
   を有することを特徴とする圧電発振器。
   

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