JP2010252302A - 屈曲振動片およびそれを用いた発振器 - Google Patents
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Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H9/21—Crystal tuning forks
- H03H9/215—Crystal tuning forks consisting of quartz
Abstract
【課題】Ｑ値の低下が抑えられた小型の屈曲振動片、および、それを用いた発振器を提供
する。
【解決手段】基部５２と、この基部５２の一端側から延出する一対の振動腕５３，５４と
からなる音叉型水晶振動片５０において、各振動腕５３，５４の基部５２との付け根近傍
を含む領域には励振電極３６Ａ，３７Ａが形成されている。これにより、図中矢印Ｇで示
す方向に振動腕５３，５４が屈曲振動したときに圧縮応力または伸張応力が作用する第１
の領域１１０，１１２と第２の領域１１１，１１３とが熱的に接続されている。ここで、
各振動腕５３，５４ごとの熱伝導路の数をｍ、熱伝導路の熱抵抗率をρth、振動腕５３，
５４（水晶）の熱抵抗率をρV、振動腕５３，５４の振動方向と直交する方向の厚みをｔv
、熱伝導路の振動腕５３，５４の振動方向と直交する方向の厚みをｔthとしたときに、ｔ
th≧（１／ｍ）×ｔv×（ρth／ρv）の関係を満たしている。
【選択図】図１
する。
【解決手段】基部５２と、この基部５２の一端側から延出する一対の振動腕５３，５４と
からなる音叉型水晶振動片５０において、各振動腕５３，５４の基部５２との付け根近傍
を含む領域には励振電極３６Ａ，３７Ａが形成されている。これにより、図中矢印Ｇで示
す方向に振動腕５３，５４が屈曲振動したときに圧縮応力または伸張応力が作用する第１
の領域１１０，１１２と第２の領域１１１，１１３とが熱的に接続されている。ここで、
各振動腕５３，５４ごとの熱伝導路の数をｍ、熱伝導路の熱抵抗率をρth、振動腕５３，
５４（水晶）の熱抵抗率をρV、振動腕５３，５４の振動方向と直交する方向の厚みをｔv
、熱伝導路の振動腕５３，５４の振動方向と直交する方向の厚みをｔthとしたときに、ｔ
th≧（１／ｍ）×ｔv×（ρth／ρv）の関係を満たしている。
【選択図】図１
Description
本発明は、屈曲振動モードで振動する屈曲振動片、および、それを用いた発振器に関す
る。
る。
従来、屈曲振動モードで振動する屈曲振動片として、例えば圧電材料などの屈曲振動体
用基材からなる基部から１対の振動腕を互いに平行に延出させて、それらの振動腕を水平
方向に互いに接近または離反する向きに振動させる音叉型の屈曲振動片が広く使用されて
いる。この音叉型屈曲振動片の振動腕を励振させたとき、その振動エネルギーに損失が生
じると、ＣＩ（Crystal Impedance）値の増大やＱ値の低下など、振動片の性能を低下さ
せる原因となる。そこで、そのような振動エネルギーの損失を防止または低減するために
、従来から様々な工夫がなされている。
用基材からなる基部から１対の振動腕を互いに平行に延出させて、それらの振動腕を水平
方向に互いに接近または離反する向きに振動させる音叉型の屈曲振動片が広く使用されて
いる。この音叉型屈曲振動片の振動腕を励振させたとき、その振動エネルギーに損失が生
じると、ＣＩ（Crystal Impedance）値の増大やＱ値の低下など、振動片の性能を低下さ
せる原因となる。そこで、そのような振動エネルギーの損失を防止または低減するために
、従来から様々な工夫がなされている。
例えば、振動腕が延出する基部の両側部に切込み部または所定の深さの切込み溝を形成
した音叉型水晶振動片が知られている（例えば特許文献１、特許文献２を参照）。この音
叉型水晶振動片は、振動腕の振動が垂直方向の成分をも含む場合に、切込み部または切込
み溝により基部から振動が漏れるのを抑制することによって、振動エネルギーの閉じ込め
効果を高めてＣｌ値を制御し、且つ、振動片間でのＣＩ値のばらつきを防止している。
した音叉型水晶振動片が知られている（例えば特許文献１、特許文献２を参照）。この音
叉型水晶振動片は、振動腕の振動が垂直方向の成分をも含む場合に、切込み部または切込
み溝により基部から振動が漏れるのを抑制することによって、振動エネルギーの閉じ込め
効果を高めてＣｌ値を制御し、且つ、振動片間でのＣＩ値のばらつきを防止している。
この機械的な振動エネルギーの損失だけでなく、屈曲振動する振動腕の圧縮応力が作用
する圧縮部と引張応力が作用する伸張部との間で温度差が生じ、この温度差を緩和しよう
として作用する熱伝導によっても振動エネルギーの損失が発生する。この熱伝導によって
発生するＱ値の低下は熱弾性損失効果と呼ばれている。
このような熱弾性損失効果によるＱ値の低下を防止または抑制するために、矩形断面を
有する振動腕（振動梁）の中心線上に溝、または孔を形成した音叉型の振動片が、例えば
特許文献３に紹介されている。
する圧縮部と引張応力が作用する伸張部との間で温度差が生じ、この温度差を緩和しよう
として作用する熱伝導によっても振動エネルギーの損失が発生する。この熱伝導によって
発生するＱ値の低下は熱弾性損失効果と呼ばれている。
このような熱弾性損失効果によるＱ値の低下を防止または抑制するために、矩形断面を
有する振動腕（振動梁）の中心線上に溝、または孔を形成した音叉型の振動片が、例えば
特許文献３に紹介されている。
特許文献３によれば、一般に温度差を原因として生じる固体の内部摩擦の場合によく知
られた歪と応力との関係式から、熱弾性損失は、屈曲振動モードの振動片において、振動
数が変化したときに、緩和振動数ｆｍ＝１／（２πτ）（ここで、τは緩和時間）でＱ値
が極小となる、と説明されている。このＱ値と周波数との関係を一般的に表すと、図８の
曲線Ｆのようになる（例えば、非特許文献１を参照）。同図において、Ｑ値が極小Ｑ0と
なる周波数が熱緩和周波数ｆ0（＝１／（２πτ））であり、すなわち、熱緩和周波数ｆ0
は上記緩和振動数ｆｍと同じものである。
られた歪と応力との関係式から、熱弾性損失は、屈曲振動モードの振動片において、振動
数が変化したときに、緩和振動数ｆｍ＝１／（２πτ）（ここで、τは緩和時間）でＱ値
が極小となる、と説明されている。このＱ値と周波数との関係を一般的に表すと、図８の
曲線Ｆのようになる（例えば、非特許文献１を参照）。同図において、Ｑ値が極小Ｑ0と
なる周波数が熱緩和周波数ｆ0（＝１／（２πτ））であり、すなわち、熱緩和周波数ｆ0
は上記緩和振動数ｆｍと同じものである。
図面を参照して具体的に説明すると、図７において、特許文献３の音叉型水晶振動片１
は、基部２から延出する２本の互いに平行な振動腕３，４を備え、各振動腕３，４それぞ
れの中心線上に直線状の溝または孔６，７が設けられている。この音叉型水晶振動片１の
各振動腕３，４の両主面（溝または孔６，７形成面と同じ面）に設けられた図示しない励
振電極に所定の駆動電圧を印加すると、振動腕３，４は、図中想像線（二点鎖線）および
矢印で示すように、互いに接近または離反する向きに屈曲振動する。
は、基部２から延出する２本の互いに平行な振動腕３，４を備え、各振動腕３，４それぞ
れの中心線上に直線状の溝または孔６，７が設けられている。この音叉型水晶振動片１の
各振動腕３，４の両主面（溝または孔６，７形成面と同じ面）に設けられた図示しない励
振電極に所定の駆動電圧を印加すると、振動腕３，４は、図中想像線（二点鎖線）および
矢印で示すように、互いに接近または離反する向きに屈曲振動する。
この屈曲振動によって、各振動腕３，４の基部２との付け根部の領域に機械的歪が発生
する。すなわち、振動腕３の基部２との付け根部においては、屈曲振動により圧縮応力ま
たは引張応力が作用する第１の領域１０と、この第１の領域１０に圧縮応力が作用する場
合は引張応力が作用し、第１の領域１０に引張応力が作用する場合は圧縮応力が作用する
関係にある第２の領域１１と、が存在し、これら第１の領域１０および第２の領域１１に
おいては、圧縮応力が作用したときには温度が上昇し、引張応力が作用したときには温度
が下降する。
これと同様に、振動腕４の基部２との付け根部においては、屈曲振動により圧縮応力ま
たは引張応力が作用する第１の領域１２と、この第１の領域１２に圧縮応力が作用する場
合は引張応力が作用し、第１の領域１２に引張応力が作用する場合は圧縮応力が作用する
関係にある第２の領域１３と、が存在し、第１の領域１２および第２の領域１３において
は、圧縮応力が作用したときに温度が上昇し、引張応力が作用したときには温度が下降す
る。
する。すなわち、振動腕３の基部２との付け根部においては、屈曲振動により圧縮応力ま
たは引張応力が作用する第１の領域１０と、この第１の領域１０に圧縮応力が作用する場
合は引張応力が作用し、第１の領域１０に引張応力が作用する場合は圧縮応力が作用する
関係にある第２の領域１１と、が存在し、これら第１の領域１０および第２の領域１１に
おいては、圧縮応力が作用したときには温度が上昇し、引張応力が作用したときには温度
が下降する。
これと同様に、振動腕４の基部２との付け根部においては、屈曲振動により圧縮応力ま
たは引張応力が作用する第１の領域１２と、この第１の領域１２に圧縮応力が作用する場
合は引張応力が作用し、第１の領域１２に引張応力が作用する場合は圧縮応力が作用する
関係にある第２の領域１３と、が存在し、第１の領域１２および第２の領域１３において
は、圧縮応力が作用したときに温度が上昇し、引張応力が作用したときには温度が下降す
る。
このようにして発生した温度勾配によって、各振動腕３，４の基部２との付け根部分の
内部には、第１の領域１０，１２と第２の領域１１，１３との間で熱伝導が発生する。温
度勾配は、各振動腕３，４の屈曲振動に対応して逆向きに発生し、それに対応して熱伝導
も逆向きとなる。この熱伝導によって、振動腕３，４の振動エネルギーは、その一部が振
動中も常に熱弾性損失として失われ、その結果、音叉型水晶振動片１のＱ値が低下して振
動特性が不安定になり、所望の性能を実現することが困難になる。
特許文献３の音叉型水晶振動片１では、各振動腕３，４それぞれの中心線上に設けられ
た溝または孔６，７によって圧縮側から引っ張り側への熱移動が阻止されることにより、
熱弾性損失によるＱ値の低下を防止または軽減することを可能としている。具体的には、
各振動腕３，４に設けられた溝または孔６，７に沿って屈曲振動体内を迂回することによ
り、熱伝導経路が長くなって熱緩和時間τが延長されるので、１／（２πτ）で求められ
る熱緩和周波数は、図８に示す曲線Ｆ1の緩和周波数ｆ10に示すように、溝または孔６，
７を設けない従来の音叉型屈曲振動片の曲線Ｆおよびその緩和周波数ｆ0に比して図中左
側にシフトする。
内部には、第１の領域１０，１２と第２の領域１１，１３との間で熱伝導が発生する。温
度勾配は、各振動腕３，４の屈曲振動に対応して逆向きに発生し、それに対応して熱伝導
も逆向きとなる。この熱伝導によって、振動腕３，４の振動エネルギーは、その一部が振
動中も常に熱弾性損失として失われ、その結果、音叉型水晶振動片１のＱ値が低下して振
動特性が不安定になり、所望の性能を実現することが困難になる。
特許文献３の音叉型水晶振動片１では、各振動腕３，４それぞれの中心線上に設けられ
た溝または孔６，７によって圧縮側から引っ張り側への熱移動が阻止されることにより、
熱弾性損失によるＱ値の低下を防止または軽減することを可能としている。具体的には、
各振動腕３，４に設けられた溝または孔６，７に沿って屈曲振動体内を迂回することによ
り、熱伝導経路が長くなって熱緩和時間τが延長されるので、１／（２πτ）で求められ
る熱緩和周波数は、図８に示す曲線Ｆ1の緩和周波数ｆ10に示すように、溝または孔６，
７を設けない従来の音叉型屈曲振動片の曲線Ｆおよびその緩和周波数ｆ0に比して図中左
側にシフトする。
C.Zener、他２名、「InternalFriction in Solids III.Experimental Demonstration of Thermoelastic InternalFriction」、PHYSICAL REVIEW、1938年１月１日、Volume53、p.10〜101
しかしながら、特許文献３に記載の音叉型水晶振動片１では、小型化が進むに従って、
溝または孔を形成することが困難になるとともに、溝または孔によって熱緩和時間を延長
する効果が少なくなりＱ値の低下の抑制効果が十分に得られなくなるという課題があった
。
溝または孔を形成することが困難になるとともに、溝または孔によって熱緩和時間を延長
する効果が少なくなりＱ値の低下の抑制効果が十分に得られなくなるという課題があった
。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の
形態または適用例として実現することが可能である。
形態または適用例として実現することが可能である。
〔適用例１〕本適用例にかかる屈曲振動片は、振動により圧縮応力または引張応力が作
用する第１の領域と、前記第１の領域に圧縮応力が作用する場合は引張応力が作用し前記
第１の領域に引張応力が作用する場合は圧縮応力が作用する関係にある第２の領域と、を
有する屈曲振動体からなり、前記第１の領域と前記第２の領域の間に、前記屈曲振動体よ
りも高い熱伝導率を有する材料からなり前記第１の領域と前記第２の領域とを熱的に接続
する熱伝導路を有する屈曲振動片であって、前記熱伝導路の数をｍ、前記熱伝導路の熱抵
抗率をρth、前記屈曲振動体の熱抵抗率をρv、前記屈曲振動体の振動方向と直交する方
向の厚みをｔv、前記熱伝導路の前記屈曲振動体の振動方向と直交する方向の厚みをｔth
としたときに、ｔth≧（１／ｍ）×ｔv×（ρth／ρｖ）の関係を満たすことを特徴とす
る。また、ある形態では、振動により圧縮応力または引張応力が作用する第１の領域と、
前記第１の領域に圧縮応力が作用する場合は引張応力が作用し前記第１の領域に引張応力
が作用する場合は圧縮応力が作用する関係にある第２の領域と、を有し、第１の面内で屈
曲振動する屈曲振動体と、前記第１の領域と前記第２の領域の間に、前記屈曲振動体より
も高い熱伝導率を有する材料からなり前記第１の領域と前記第２の領域とを熱的に接続す
る熱伝導路と、を有する屈曲振動片であって、前記熱伝導路の数をｍ、前記熱伝導路の熱
抵抗率をρth、前記屈曲振動体の熱抵抗率をρV、前記屈曲振動体の前記第１の面と直交
する方向の厚みをｔv、前記熱伝導路の厚みをｔthとしたときに、ｔth≧（１／ｍ）×ｔv
×（ρth／ρv）の関係を満たすことを特徴とする。また、ある形態では、熱伝導路は屈
曲振動片の外面に形成されることを特徴とする。
用する第１の領域と、前記第１の領域に圧縮応力が作用する場合は引張応力が作用し前記
第１の領域に引張応力が作用する場合は圧縮応力が作用する関係にある第２の領域と、を
有する屈曲振動体からなり、前記第１の領域と前記第２の領域の間に、前記屈曲振動体よ
りも高い熱伝導率を有する材料からなり前記第１の領域と前記第２の領域とを熱的に接続
する熱伝導路を有する屈曲振動片であって、前記熱伝導路の数をｍ、前記熱伝導路の熱抵
抗率をρth、前記屈曲振動体の熱抵抗率をρv、前記屈曲振動体の振動方向と直交する方
向の厚みをｔv、前記熱伝導路の前記屈曲振動体の振動方向と直交する方向の厚みをｔth
としたときに、ｔth≧（１／ｍ）×ｔv×（ρth／ρｖ）の関係を満たすことを特徴とす
る。また、ある形態では、振動により圧縮応力または引張応力が作用する第１の領域と、
前記第１の領域に圧縮応力が作用する場合は引張応力が作用し前記第１の領域に引張応力
が作用する場合は圧縮応力が作用する関係にある第２の領域と、を有し、第１の面内で屈
曲振動する屈曲振動体と、前記第１の領域と前記第２の領域の間に、前記屈曲振動体より
も高い熱伝導率を有する材料からなり前記第１の領域と前記第２の領域とを熱的に接続す
る熱伝導路と、を有する屈曲振動片であって、前記熱伝導路の数をｍ、前記熱伝導路の熱
抵抗率をρth、前記屈曲振動体の熱抵抗率をρV、前記屈曲振動体の前記第１の面と直交
する方向の厚みをｔv、前記熱伝導路の厚みをｔthとしたときに、ｔth≧（１／ｍ）×ｔv
×（ρth／ρv）の関係を満たすことを特徴とする。また、ある形態では、熱伝導路は屈
曲振動片の外面に形成されることを特徴とする。
上記構成のように、屈曲振動体と熱伝導路との熱伝導係数の比、および、第１の領域か
ら第２の領域への熱伝導路の数に応じて熱伝導路の厚みを設定することにより、第１の領
域と第２の領域との間の熱伝導が熱伝導路を介して効率的に行われるようになることを本
願発明者は見出した。これにより、第１の領域と第２の領域との温度を平衡状態とするの
に要する熱緩和時間が短縮されるので、Ｑ値の低下を抑えることができる。
また、上述した従来の対策のように屈曲振動体に孔や溝を形成する必要がないので、屈
曲振動片の小型化への対応が容易になる。
したがって、Ｑ値の低下が抑えられ振動特性の安定した小型の屈曲振動片を提供するこ
とができる。
ら第２の領域への熱伝導路の数に応じて熱伝導路の厚みを設定することにより、第１の領
域と第２の領域との間の熱伝導が熱伝導路を介して効率的に行われるようになることを本
願発明者は見出した。これにより、第１の領域と第２の領域との温度を平衡状態とするの
に要する熱緩和時間が短縮されるので、Ｑ値の低下を抑えることができる。
また、上述した従来の対策のように屈曲振動体に孔や溝を形成する必要がないので、屈
曲振動片の小型化への対応が容易になる。
したがって、Ｑ値の低下が抑えられ振動特性の安定した小型の屈曲振動片を提供するこ
とができる。
〔適用例２〕上記適用例にかかる屈曲振動片において、前記屈曲振動体の機械的な振動
周波数をｆｒ、前記屈曲振動片の熱緩和周波数をｆ20、前記熱伝導路が設けられていない
状態の屈曲振動片の熱緩和周波数をｆ0としたときに、１＞ｆｒ／（ｆ0＋（ｆ20−ｆ0）
／３）の関係を満たすことを特徴とする。また、ある形態では、屈曲振動体の機械的な振
動周波数をｆｒ、前記屈曲振動片の熱緩和周波数をｆ20、円周率をπ、前記屈曲振動体に
用いた材料の振動方向の熱伝導率をｋ、前記屈曲振動体に用いた材料の質量密度をρ、前
記屈曲振動体に用いた材料の熱容量をＣp、前記屈曲振動体の振動方向の幅をａとし、ｆ0
＝πｋ／（２ρＣpａ2）としたとき、１＞ｆｒ／（ｆ0＋（ｆ20−ｆ0）／３）の関係を満
たすことを特徴とする。
周波数をｆｒ、前記屈曲振動片の熱緩和周波数をｆ20、前記熱伝導路が設けられていない
状態の屈曲振動片の熱緩和周波数をｆ0としたときに、１＞ｆｒ／（ｆ0＋（ｆ20−ｆ0）
／３）の関係を満たすことを特徴とする。また、ある形態では、屈曲振動体の機械的な振
動周波数をｆｒ、前記屈曲振動片の熱緩和周波数をｆ20、円周率をπ、前記屈曲振動体に
用いた材料の振動方向の熱伝導率をｋ、前記屈曲振動体に用いた材料の質量密度をρ、前
記屈曲振動体に用いた材料の熱容量をＣp、前記屈曲振動体の振動方向の幅をａとし、ｆ0
＝πｋ／（２ρＣpａ2）としたとき、１＞ｆｒ／（ｆ0＋（ｆ20−ｆ0）／３）の関係を満
たすことを特徴とする。
この構成によれば、従来構造の屈曲振動片よりもＱ値が高く確保され、安定した振動特
性を有する屈曲振動片を提供することができる。
性を有する屈曲振動片を提供することができる。
〔適用例３〕上記適用例にかかる屈曲振動片において、前記屈曲振動体の機械的な振動
周波数をｆｒ、円周率をπ、前記屈曲振動体に用いた材料の振動方向の熱伝導率をｋ、前
記屈曲振動体に用いた材料の質量密度をρ、前記屈曲振動体に用いた材料の熱容量をＣp
、前記屈曲振動体の振動方向の幅をａとし、ｆ0＝πｋ／（２ρＣpａ2）としたとき、１
≧ｆｒ／ｆ0であることを特徴とする。
周波数をｆｒ、円周率をπ、前記屈曲振動体に用いた材料の振動方向の熱伝導率をｋ、前
記屈曲振動体に用いた材料の質量密度をρ、前記屈曲振動体に用いた材料の熱容量をＣp
、前記屈曲振動体の振動方向の幅をａとし、ｆ0＝πｋ／（２ρＣpａ2）としたとき、１
≧ｆｒ／ｆ0であることを特徴とする。
この構成によれば、高いＱ値を確保し、安定した振動特性を有する屈曲振動片を提供す
ることが可能となる。
ることが可能となる。
〔適用例４〕上記適用例にかかる屈曲振動片において、前記熱伝導路が屈曲振動体に形
成された励振電極の一部からなることを特徴とする。
成された励振電極の一部からなることを特徴とする。
この構成によれば、励振電極を熱伝導路として用いているので、効率的に屈曲振動片を
製造することができる。
製造することができる。
〔適用例５〕上記適用例にかかる屈曲振動片において、前記熱伝導路が不導体材料から
なることを特徴とする。
なることを特徴とする。
この構成によれば、励振電極などの電極との短絡を気にすることなく、それらの電極上
に熱伝導路を設けることも可能になるので、設計の自由度が増して小型化に有利となり、
また、製造も容易になる。
に熱伝導路を設けることも可能になるので、設計の自由度が増して小型化に有利となり、
また、製造も容易になる。
〔適用例６〕本適用例にかかる発振器は、上記適用例のいずれかに記載の屈曲振動片と
、該屈曲振動片を駆動させる発振回路とを少なくとも備えることを特徴とする。
、該屈曲振動片を駆動させる発振回路とを少なくとも備えることを特徴とする。
この構成によれば、上記適用例に示すＱ値の低下が抑制された屈曲振動片を備えている
ので、安定した発振特性を有する小型の発振器を提供することができる。
ので、安定した発振特性を有する小型の発振器を提供することができる。
以下、本発明の屈曲振動片を音叉型水晶振動片に具体化した一実施形態について図面を
参照しながら説明する。
参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
図１および図２は、第１の実施形態の屈曲振動片としての音叉型水晶振動片を模式的に
説明したものであり、図１は一方の主面側の平面図、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図であ
る。
図１において、本実施形態の音叉型水晶振動片５０は、屈曲振動体材料を加工すること
により形成された基部５２と、この基部５２の一端側（図において上端側）から二股に別
れて互いに平行に延出する一対の振動腕５３，５４とからなる所謂音叉型の外形を有して
形成されている。屈曲振動体材料としては、本実施形態では従来の音叉型水晶振動片と同
様に、水晶の単結晶から切り出されたものを使用する。例えば、所謂Ｚカットの水晶薄板
から、水晶結晶軸のＹ軸を振動腕５３，５４の長手方向に、Ｘ軸をその幅方向に、Ｚ軸を
振動片の表裏主面の垂直方向にそれぞれ配向して形成される。音叉型水晶振動片５０の音
叉型の外形は、例えば水晶ウエハーなどの水晶基板材料をフッ酸溶液などでウエットエッ
チングしたり、ドライエッチングしたりすることにより精密に形成することができる。
図１および図２は、第１の実施形態の屈曲振動片としての音叉型水晶振動片を模式的に
説明したものであり、図１は一方の主面側の平面図、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図であ
る。
図１において、本実施形態の音叉型水晶振動片５０は、屈曲振動体材料を加工すること
により形成された基部５２と、この基部５２の一端側（図において上端側）から二股に別
れて互いに平行に延出する一対の振動腕５３，５４とからなる所謂音叉型の外形を有して
形成されている。屈曲振動体材料としては、本実施形態では従来の音叉型水晶振動片と同
様に、水晶の単結晶から切り出されたものを使用する。例えば、所謂Ｚカットの水晶薄板
から、水晶結晶軸のＹ軸を振動腕５３，５４の長手方向に、Ｘ軸をその幅方向に、Ｚ軸を
振動片の表裏主面の垂直方向にそれぞれ配向して形成される。音叉型水晶振動片５０の音
叉型の外形は、例えば水晶ウエハーなどの水晶基板材料をフッ酸溶液などでウエットエッ
チングしたり、ドライエッチングしたりすることにより精密に形成することができる。
なお、屈曲振動体材料として、上記の水晶以外の圧電基板を用いる構成であってもよい
。例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル
酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ほう酸リチウム（Ｌ
ｉ2Ｂ4Ｏ7）などの酸化物基板や、ガラス基板上に窒化アルミニウム、五酸化タンタル（
Ｔａ2Ｏ5）などの薄膜圧電材料を積層させて構成された圧電基板を用いることができる。
また、圧電基板以外にも、例えばシリコン半導体材料などにより屈曲振動片を形成するこ
ともできる。
ただし、屈曲振動片の共振周波数は屈曲振動体材料のヤング率を質量密度で除した値の
平方根に比例し、ヤング率を質量密度で除した値が小さい材料ほど、屈曲振動片の小型化
に有利である。よって、本実施形態の音叉型水晶振動片５０のように水晶からなる屈曲振
動片は、シリコン半導体材料などに比してヤング率を質量密度で除した値の平方根が小さ
くできるので小型化に有利であるとともに、周波数温度特性に優れているので、本実施形
態の屈曲振動片としての音叉型水晶振動片５０に用いる材料として特に好ましい。
。例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル
酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ほう酸リチウム（Ｌ
ｉ2Ｂ4Ｏ7）などの酸化物基板や、ガラス基板上に窒化アルミニウム、五酸化タンタル（
Ｔａ2Ｏ5）などの薄膜圧電材料を積層させて構成された圧電基板を用いることができる。
また、圧電基板以外にも、例えばシリコン半導体材料などにより屈曲振動片を形成するこ
ともできる。
ただし、屈曲振動片の共振周波数は屈曲振動体材料のヤング率を質量密度で除した値の
平方根に比例し、ヤング率を質量密度で除した値が小さい材料ほど、屈曲振動片の小型化
に有利である。よって、本実施形態の音叉型水晶振動片５０のように水晶からなる屈曲振
動片は、シリコン半導体材料などに比してヤング率を質量密度で除した値の平方根が小さ
くできるので小型化に有利であるとともに、周波数温度特性に優れているので、本実施形
態の屈曲振動片としての音叉型水晶振動片５０に用いる材料として特に好ましい。
各振動腕５３，５４の一方の主面には、励振電極３６Ａ，３７Ａが形成されている。ま
た、基部５２の振動腕５３，５４が延出された一端側と異なる他端側近傍には、外部との
接続に供する外部接続電極６６，６７が設けられている。これらの外部接続電極６６，６
７は、それぞれ励振電極３６Ａ，３７Ａと対応しており、それぞれ対応する電極同士が、
音叉型水晶振動片５０の主面や側面に引き回されて設けられた図示しない引き回し配線に
より接続されている。
た、基部５２の振動腕５３，５４が延出された一端側と異なる他端側近傍には、外部との
接続に供する外部接続電極６６，６７が設けられている。これらの外部接続電極６６，６
７は、それぞれ励振電極３６Ａ，３７Ａと対応しており、それぞれ対応する電極同士が、
音叉型水晶振動片５０の主面や側面に引き回されて設けられた図示しない引き回し配線に
より接続されている。
同様に、図２に示すように、各振動腕５３，５４の他方の主面には、各振動腕５３，５
４において各励振電極３６Ａ，３７Ａの対向電極としての励振電極３６Ｂ，３７Ｂがそれ
ぞれ設けられている。励振電極３６Ｂ，３７Ｂは、それぞれ対応する励振電極３６Ａ，３
７Ａや外部接続電極６６，６７などの電極と、音叉型水晶振動片５０の主面や側面に引き
回されて設けられた図示しない引き回し配線により接続されている。
ここで、振動腕５３の励振電極３６Ａ，３６Ｂは同電位であり、振動腕５４の励振電極
３７Ａ，３７Ｂは同電位である。また、各振動腕５３，５４の励振電極３６Ａ，３６Ｂと
励振電極３７Ａ，３７Ｂとは電位が異なる。
４において各励振電極３６Ａ，３７Ａの対向電極としての励振電極３６Ｂ，３７Ｂがそれ
ぞれ設けられている。励振電極３６Ｂ，３７Ｂは、それぞれ対応する励振電極３６Ａ，３
７Ａや外部接続電極６６，６７などの電極と、音叉型水晶振動片５０の主面や側面に引き
回されて設けられた図示しない引き回し配線により接続されている。
ここで、振動腕５３の励振電極３６Ａ，３６Ｂは同電位であり、振動腕５４の励振電極
３７Ａ，３７Ｂは同電位である。また、各振動腕５３，５４の励振電極３６Ａ，３６Ｂと
励振電極３７Ａ，３７Ｂとは電位が異なる。
ここで、本実施形態の音叉型水晶振動片５０では、励振電極３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，
３７Ｂは、各振動腕５３，５４の基部５２との付け根部分近傍の下記に詳述する第１の領
域１１０，１１２と第２の領域１１１，１１３とを熱的に接続する熱伝導路として用いる
ために、第１の領域１１０，１１２および第２の領域１１１，１１３にかかる範囲まで形
成されている。
なお、本実施形態の音叉型水晶振動片５０の特徴をわかりやすく説明する便宜上図示を
省略したが、各振動腕５３，５４の励振電極３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，３７Ｂが形成され
た両主面と直交する両側面には、それぞれの振動腕５３，５４の励振電極３６Ａ，３６Ｂ
または励振電極３７Ａ，３７Ｂとそれぞれ同電位の励振電極が形成されている。
３７Ｂは、各振動腕５３，５４の基部５２との付け根部分近傍の下記に詳述する第１の領
域１１０，１１２と第２の領域１１１，１１３とを熱的に接続する熱伝導路として用いる
ために、第１の領域１１０，１１２および第２の領域１１１，１１３にかかる範囲まで形
成されている。
なお、本実施形態の音叉型水晶振動片５０の特徴をわかりやすく説明する便宜上図示を
省略したが、各振動腕５３，５４の励振電極３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，３７Ｂが形成され
た両主面と直交する両側面には、それぞれの振動腕５３，５４の励振電極３６Ａ，３６Ｂ
または励振電極３７Ａ，３７Ｂとそれぞれ同電位の励振電極が形成されている。
上記した電極や配線は、従来、水晶をエッチングして音叉型水晶振動片５０の外形を形
成した後で、例えば、ニッケル（Ｎｉ）またはクロム（Ｃｒ）を下地層として、その上に
、蒸着またはスパッタリングにより例えば金（Ａｕ）による電極層を成膜し、その後フォ
トリソグラフィーを用いてパターニングすることにより形成することができる。ただし、
本実施形態の音叉型水晶振動片５０では、上記したように、励振電極３６Ａ，３６Ｂ，３
７Ａ，３７Ｂの一部を熱伝導路として用いる構成となっているので、下記に詳述するよう
に、熱抵抗率が十分に低く熱伝導路として有効な金属材料を選定して用いる。
成した後で、例えば、ニッケル（Ｎｉ）またはクロム（Ｃｒ）を下地層として、その上に
、蒸着またはスパッタリングにより例えば金（Ａｕ）による電極層を成膜し、その後フォ
トリソグラフィーを用いてパターニングすることにより形成することができる。ただし、
本実施形態の音叉型水晶振動片５０では、上記したように、励振電極３６Ａ，３６Ｂ，３
７Ａ，３７Ｂの一部を熱伝導路として用いる構成となっているので、下記に詳述するよう
に、熱抵抗率が十分に低く熱伝導路として有効な金属材料を選定して用いる。
ここで、本実施形態の音叉型水晶振動片５０の構成において特に要部となる熱伝導路に
ついて詳細に説明する。
図２は、図１の音叉型水晶振動片５０のＡ−Ａ線断面、すなわち、各振動腕５３，５
４の基部５２との付け根部近傍の断面を示している。本実施形態では、この各振動腕５３
，５４の基部（５２）との付け根近傍の励振電極３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，３７Ｂを、後
述する熱弾性損失を抑制してＱ値の劣化を防止するための熱伝導路として用いる。ここで
、熱伝導路とは、図１に示す音叉型水晶振動片５０において、矢印Ｇで示す各振動腕５３
，５４の屈曲振動方向に位置する基部５２との付け根部分近傍の領域（二点鎖線で示す）
ある第１の領域１１０，１１２と第２の領域１１１，１１３との熱伝導経路を指す。
ついて詳細に説明する。
図２は、図１の音叉型水晶振動片５０のＡ−Ａ線断面、すなわち、各振動腕５３，５
４の基部５２との付け根部近傍の断面を示している。本実施形態では、この各振動腕５３
，５４の基部（５２）との付け根近傍の励振電極３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，３７Ｂを、後
述する熱弾性損失を抑制してＱ値の劣化を防止するための熱伝導路として用いる。ここで
、熱伝導路とは、図１に示す音叉型水晶振動片５０において、矢印Ｇで示す各振動腕５３
，５４の屈曲振動方向に位置する基部５２との付け根部分近傍の領域（二点鎖線で示す）
ある第１の領域１１０，１１２と第２の領域１１１，１１３との熱伝導経路を指す。
図２に戻り、振動腕５３の基部（５２）との付け根近傍において、振動腕５３の一方の
主面に設けられた励振電極３６Ａは厚みｔ1を有している。また、振動腕５３の他方の主
面に設けられた励振電極３６Ｂは厚みｔ2を有している。
同様に、振動腕５４の一方の主面に設けられた励振電極３７Ａは厚みｔ1を有し、他方
の主面に設けられた励振電極３７Ｂは厚みｔ2を有している。ここで、本実施形態の音叉
型水晶振動片５０においてはｔ1＝ｔ2となっている。
主面に設けられた励振電極３６Ａは厚みｔ1を有している。また、振動腕５３の他方の主
面に設けられた励振電極３６Ｂは厚みｔ2を有している。
同様に、振動腕５４の一方の主面に設けられた励振電極３７Ａは厚みｔ1を有し、他方
の主面に設けられた励振電極３７Ｂは厚みｔ2を有している。ここで、本実施形態の音叉
型水晶振動片５０においてはｔ1＝ｔ2となっている。
本実施形態において熱伝導路として用いられる励振電極３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，３７
Ｂの材料としては、少なくとも屈曲振動体材料である水晶よりも熱抵抗率が低い材料であ
って、なるべく低い熱抵抗率の材料が用いられ、この熱抵抗率の他に、入手が比較的容易
で低コストであることや、製造容易性などを勘案して選定する。例えば、図３に、熱伝導
路（本実施形態では励振電極の一部）に適用可能な材料の例を示す。この図３の材料の中
でもより熱抵抗率の低い材料を用いることが、熱伝導路の厚みを薄くすることができるの
で好ましい。また、本実施形態では、励振電極３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，３７Ｂの一部を
熱伝導路として用いる構成としているので、電極となりうる導電体材料を用いる必要があ
ることは当然であり、図中の不導体物質であるダイヤモンドは適用外となる。ただし、後
述する他の実施例のように、励振電極などの電極とは別に熱伝導路を形成する場合には、
熱伝導路の材料に導電性は必要としないので、図中のダイヤモンドなどの比較的低い熱抵
抗率を有する非導電性の材料を適宜に用いることができる。
Ｂの材料としては、少なくとも屈曲振動体材料である水晶よりも熱抵抗率が低い材料であ
って、なるべく低い熱抵抗率の材料が用いられ、この熱抵抗率の他に、入手が比較的容易
で低コストであることや、製造容易性などを勘案して選定する。例えば、図３に、熱伝導
路（本実施形態では励振電極の一部）に適用可能な材料の例を示す。この図３の材料の中
でもより熱抵抗率の低い材料を用いることが、熱伝導路の厚みを薄くすることができるの
で好ましい。また、本実施形態では、励振電極３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，３７Ｂの一部を
熱伝導路として用いる構成としているので、電極となりうる導電体材料を用いる必要があ
ることは当然であり、図中の不導体物質であるダイヤモンドは適用外となる。ただし、後
述する他の実施例のように、励振電極などの電極とは別に熱伝導路を形成する場合には、
熱伝導路の材料に導電性は必要としないので、図中のダイヤモンドなどの比較的低い熱抵
抗率を有する非導電性の材料を適宜に用いることができる。
上記構成において、屈曲振動体の熱伝導路の数をｍ、熱伝導路の熱抵抗率をρth、屈曲
振動体の熱抵抗率をρv、屈曲振動体の振動方向と直交する方向の厚みをｔｖ、熱伝導路
の屈曲振動体の振動方向と直交する方向の厚みをｔthとしたときに、ｔth≧（１／ｍ）×
ｔv×（ρth／ρv）の関係を満たすことにより、後述するＱ値の低下の抑制効果を奏する
ことを本願発明者は見出した。即ち、この条件を満たすことにより、熱伝導路としての励
振電極３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，３７Ｂの一部よりも屈曲振動体（本実施形態では水晶）
の方が熱が伝わりやすい、という好ましくない状態を回避できる。好ましくは、ｔth＞（
１／ｍ）×ｔv×（ρth／ρv）であり、これにより、屈曲振動体（本実施形態では水晶）
よりも熱伝導路の方が熱が伝わりやすくなる状態を確実に実現することができ、熱緩和時
間を短くすることによるＱ値の向上が確実に達成される。本実施形態において、前記厚み
ｔthが上記の励振電極３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，３７Ｂの熱伝導路として用いる一部の厚
みｔ1および厚みｔ2になる。なお、熱伝導路の数ｍとは、上記第１の領域および第２の領
域を有する屈曲振動体ごとの第１の領域と第２の領域とを熱的に接続する熱伝導路の数を
指す。
振動体の熱抵抗率をρv、屈曲振動体の振動方向と直交する方向の厚みをｔｖ、熱伝導路
の屈曲振動体の振動方向と直交する方向の厚みをｔthとしたときに、ｔth≧（１／ｍ）×
ｔv×（ρth／ρv）の関係を満たすことにより、後述するＱ値の低下の抑制効果を奏する
ことを本願発明者は見出した。即ち、この条件を満たすことにより、熱伝導路としての励
振電極３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，３７Ｂの一部よりも屈曲振動体（本実施形態では水晶）
の方が熱が伝わりやすい、という好ましくない状態を回避できる。好ましくは、ｔth＞（
１／ｍ）×ｔv×（ρth／ρv）であり、これにより、屈曲振動体（本実施形態では水晶）
よりも熱伝導路の方が熱が伝わりやすくなる状態を確実に実現することができ、熱緩和時
間を短くすることによるＱ値の向上が確実に達成される。本実施形態において、前記厚み
ｔthが上記の励振電極３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，３７Ｂの熱伝導路として用いる一部の厚
みｔ1および厚みｔ2になる。なお、熱伝導路の数ｍとは、上記第１の領域および第２の領
域を有する屈曲振動体ごとの第１の領域と第２の領域とを熱的に接続する熱伝導路の数を
指す。
例えば、本実施形態における熱伝導路の数ｍとは、各振動腕５３，５４毎に一方の主面
の励振電極３６Ａ，３７Ａ、および他方の主面の励振電極３６Ｂ，３７Ｂそれぞれの一部
が熱伝導路として用いられるので、熱伝導路の数ｍはｍ＝２になる。
また、本実施形態の音叉型水晶振動片５０において、屈曲振動体としての水晶基板にＺ
カット水晶（熱抵抗率ρv＝０．１６１３ｍＫ／Ｗ）を用いて、且つ、各振動腕５３，５
４の振動方向と直交する方向の厚みｔvを１００μｍとし、図３に示す材料のうち金（Ａ
ｕ、熱抵抗率ρth＝０．００３２ｍＫ／Ｗ）を用いて励振電極（熱伝導路）を形成する場
合、各励振電極３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，３７Ｂの少なくとも熱伝導路として用いる部分
の厚みｔ1およびｔ2は、上記の式ｔth≧（１／ｍ）×ｔv×（ρth／ρv）の関係を満たせ
ばよいので、ｔ1またはｔ2は、それぞれ１μｍ以上とすればよい。
の励振電極３６Ａ，３７Ａ、および他方の主面の励振電極３６Ｂ，３７Ｂそれぞれの一部
が熱伝導路として用いられるので、熱伝導路の数ｍはｍ＝２になる。
また、本実施形態の音叉型水晶振動片５０において、屈曲振動体としての水晶基板にＺ
カット水晶（熱抵抗率ρv＝０．１６１３ｍＫ／Ｗ）を用いて、且つ、各振動腕５３，５
４の振動方向と直交する方向の厚みｔvを１００μｍとし、図３に示す材料のうち金（Ａ
ｕ、熱抵抗率ρth＝０．００３２ｍＫ／Ｗ）を用いて励振電極（熱伝導路）を形成する場
合、各励振電極３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，３７Ｂの少なくとも熱伝導路として用いる部分
の厚みｔ1およびｔ2は、上記の式ｔth≧（１／ｍ）×ｔv×（ρth／ρv）の関係を満たせ
ばよいので、ｔ1またはｔ2は、それぞれ１μｍ以上とすればよい。
なお、本実施形態では、図２に示すように厚みｔ１，ｔ２に調整した各励振電極３６Ａ
，３６Ｂ，３７Ａ，３７Ｂの一部を熱伝導路として用いる構成を説明したが、各励振電極
３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，３７Ｂのうち少なくとも熱伝導路として用いる部分の厚みを厚
みｔ1，ｔ2に調整すればよい。例えば、励振電極形成工程に、熱伝導路として用いる部分
と異なる部分をマスキングして励振電極用の材料を堆積させる工程を含むことにより、電
極形成用材料を熱伝導路として用いる部分のみを厚づけして、その他の部分の電極形成用
材料の使用量を削減することができる。
，３６Ｂ，３７Ａ，３７Ｂの一部を熱伝導路として用いる構成を説明したが、各励振電極
３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，３７Ｂのうち少なくとも熱伝導路として用いる部分の厚みを厚
みｔ1，ｔ2に調整すればよい。例えば、励振電極形成工程に、熱伝導路として用いる部分
と異なる部分をマスキングして励振電極用の材料を堆積させる工程を含むことにより、電
極形成用材料を熱伝導路として用いる部分のみを厚づけして、その他の部分の電極形成用
材料の使用量を削減することができる。
図１において、音叉型水晶振動片５０に、外部に接続された励振手段としての発振回路
（図示せず）から励振電極３６Ａ，３６Ｂおよび励振電極３７Ａ，３７Ｂに駆動電圧を印
加すると、振動腕５３，５４は水平方向に、図中矢印Ｇで示すように互いに接近または離
反する向きに屈曲振動する。本実施形態では、基部５２と振動腕５３，５４は所定の第１
の面上に形成され、第１の面内に屈曲振動するとも言える。
（図示せず）から励振電極３６Ａ，３６Ｂおよび励振電極３７Ａ，３７Ｂに駆動電圧を印
加すると、振動腕５３，５４は水平方向に、図中矢印Ｇで示すように互いに接近または離
反する向きに屈曲振動する。本実施形態では、基部５２と振動腕５３，５４は所定の第１
の面上に形成され、第１の面内に屈曲振動するとも言える。
この屈曲振動によって、基部５２と各振動腕５３，５４との連結部において、各振動腕
５３，５４の振動方向の付け根部分の領域には、圧縮応力と引張応力とが発生する。すな
わち、振動腕５３の図中の第１の領域１１０および第２の領域１１１に圧縮応力と引張応
力とが発生し、これと同様に、振動腕５４の基部５２との連結部分の領域にも圧縮応力と
引張応力とが発生する（詳細は後述する）。図中の振動腕５３側で詳述すると、振動腕５
３の自由端側が振動腕５４に接近する向きに屈曲振動すると、振動腕５３の第１の領域１
１０には引張応力が作用して温度が下降し、第２の領域１１１には圧縮応力が作用して温
度が上昇する。逆に、振動腕５３の自由端側が振動腕５４から離反する向きに屈曲すると
、第１の領域１１０には圧縮応力が作用して温度が上昇し、第２の領域１１１には引張応
力が作用して温度が下降する。
５３，５４の振動方向の付け根部分の領域には、圧縮応力と引張応力とが発生する。すな
わち、振動腕５３の図中の第１の領域１１０および第２の領域１１１に圧縮応力と引張応
力とが発生し、これと同様に、振動腕５４の基部５２との連結部分の領域にも圧縮応力と
引張応力とが発生する（詳細は後述する）。図中の振動腕５３側で詳述すると、振動腕５
３の自由端側が振動腕５４に接近する向きに屈曲振動すると、振動腕５３の第１の領域１
１０には引張応力が作用して温度が下降し、第２の領域１１１には圧縮応力が作用して温
度が上昇する。逆に、振動腕５３の自由端側が振動腕５４から離反する向きに屈曲すると
、第１の領域１１０には圧縮応力が作用して温度が上昇し、第２の領域１１１には引張応
力が作用して温度が下降する。
同様に、振動腕５４の自由端側が振動腕５３に接近する向きに屈曲振動すると、振動腕
５４の第１の領域１１２には引張応力が作用して温度が下降し、第２の領域１１３には圧
縮応力が作用して温度が上昇する。逆に、振動腕５４の自由端側が振動腕５３から離反す
る向きに屈曲すると、第１の領域１１２には圧縮応力が作用して温度が上昇し、第２の領
域１１３には引張応力が作用して温度が下降する。
このように、振動腕５３，５４それぞれの基部５２との連結部の内部には、圧縮応力が
作用する部分と引張応力が作用する部分との間で温度勾配が生じ、その傾斜は、各振動腕
５３，５４の振動の向きによって逆向きになる。
５４の第１の領域１１２には引張応力が作用して温度が下降し、第２の領域１１３には圧
縮応力が作用して温度が上昇する。逆に、振動腕５４の自由端側が振動腕５３から離反す
る向きに屈曲すると、第１の領域１１２には圧縮応力が作用して温度が上昇し、第２の領
域１１３には引張応力が作用して温度が下降する。
このように、振動腕５３，５４それぞれの基部５２との連結部の内部には、圧縮応力が
作用する部分と引張応力が作用する部分との間で温度勾配が生じ、その傾斜は、各振動腕
５３，５４の振動の向きによって逆向きになる。
この温度勾配によって、熱が、圧縮側の部分から引張（伸張）側の部分へ、すなわち、
高温側から低温側へと伝達される。本実施形態の音叉型水晶振動片５０では、この圧縮側
の部分から伸張側の部分への熱の伝達が、各振動腕５３，５４の励振電極３６Ａ，３６Ｂ
および励振電極３７Ａ，３７Ｂの一部を熱伝導路として行われる。
図１に示す音叉型水晶振動片５０の一方の主面側について詳細に説明すると、各振動腕
５３，５４にそれぞれ設けられた励振電極３６Ａ，３７Ａの一部（各振動腕５３，５４の
基部５２との付け根部分近傍）は、各振動腕５３，５４の第１の領域１１０，１１２と第
２の領域１１１，１１３とを熱的に接続するように配置されている。ここで、励振電極３
６Ａ，３７Ａの電極形成用の材料は、上記したように屈曲振動体としての水晶基板よりも
低い熱抵抗率を有しているので、第１の領域１１０，１１２と第２の領域１１１，１１３
との間の熱伝導は、励振電極３６Ａ，３７Ａの、第１の領域１１０，１１２および第２の
領域１１１，１１３を熱的に接続する領域を熱伝導路として行われる。
高温側から低温側へと伝達される。本実施形態の音叉型水晶振動片５０では、この圧縮側
の部分から伸張側の部分への熱の伝達が、各振動腕５３，５４の励振電極３６Ａ，３６Ｂ
および励振電極３７Ａ，３７Ｂの一部を熱伝導路として行われる。
図１に示す音叉型水晶振動片５０の一方の主面側について詳細に説明すると、各振動腕
５３，５４にそれぞれ設けられた励振電極３６Ａ，３７Ａの一部（各振動腕５３，５４の
基部５２との付け根部分近傍）は、各振動腕５３，５４の第１の領域１１０，１１２と第
２の領域１１１，１１３とを熱的に接続するように配置されている。ここで、励振電極３
６Ａ，３７Ａの電極形成用の材料は、上記したように屈曲振動体としての水晶基板よりも
低い熱抵抗率を有しているので、第１の領域１１０，１１２と第２の領域１１１，１１３
との間の熱伝導は、励振電極３６Ａ，３７Ａの、第１の領域１１０，１１２および第２の
領域１１１，１１３を熱的に接続する領域を熱伝導路として行われる。
このように、それらの一部を熱伝導路とする励振電極３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，３７Ｂ
は、少なくとも屈曲振動体としての水晶よりも熱抵抗率が低い材料により構成され、且つ
、各振動腕５３，５４の振動方向と直交する方向の厚みｔth（図２においてｔ1またはｔ2
）が、上記したようにｔth≧（１／ｍ）×ｔv×（ρth／ρv）の関係を満たすように調整
されている。これにより、屈曲振動片が第１の領域と第２の領域との熱伝導経路となる従
来構造の場合よりも圧縮側から伸張側への熱伝導時間が速くなる。すなわち、振動腕５３
，５４が屈曲振動したときの第１の領域１１０，１１２と第２の領域１１１，１１３との
間で温度が平衡状態になるまでの緩和時間τ1が、熱伝導路が無い従来構造の緩和時間τ0
よりも短くなる。すなわち、本実施形態の音叉型水晶振動片５０の熱緩和周波数ｆ20＝１
／（２πτ1)において、τ1＜τ0であるから、従来構造の音叉型水晶振動片の熱緩和周波
数ｆ0＝１／（２πτ0）よりも高くなる。
は、少なくとも屈曲振動体としての水晶よりも熱抵抗率が低い材料により構成され、且つ
、各振動腕５３，５４の振動方向と直交する方向の厚みｔth（図２においてｔ1またはｔ2
）が、上記したようにｔth≧（１／ｍ）×ｔv×（ρth／ρv）の関係を満たすように調整
されている。これにより、屈曲振動片が第１の領域と第２の領域との熱伝導経路となる従
来構造の場合よりも圧縮側から伸張側への熱伝導時間が速くなる。すなわち、振動腕５３
，５４が屈曲振動したときの第１の領域１１０，１１２と第２の領域１１１，１１３との
間で温度が平衡状態になるまでの緩和時間τ1が、熱伝導路が無い従来構造の緩和時間τ0
よりも短くなる。すなわち、本実施形態の音叉型水晶振動片５０の熱緩和周波数ｆ20＝１
／（２πτ1)において、τ1＜τ0であるから、従来構造の音叉型水晶振動片の熱緩和周波
数ｆ0＝１／（２πτ0）よりも高くなる。
一般に、熱緩和周波数ｆ0は、下式（１）で求まることが知られている。
ｆ0＝πｋ／（２ρＣpａ2）…（１）
ここで、πは円周率、ｋは振動腕（屈曲振動体）の屈曲振動方向の熱伝導率、ρは振動
腕（屈曲振動体）の質量密度、Ｃｐは振動腕（屈曲振動体）の熱容量、ａは振動腕（屈曲
振動体）の屈曲振動方向の幅である。式（１）の熱伝導率ｋ、質量密度ρ、熱容量Ｃｐに
振動腕の材料そのものの定数を入力した場合、求まる熱緩和周波数ｆ0は第１の領域１１
０，１１２および第２の領域１１１，１１３を熱的に接続する熱伝導路を設けていない場
合の屈曲振動体の緩和振動周波数となる。
ｆ0＝πｋ／（２ρＣpａ2）…（１）
ここで、πは円周率、ｋは振動腕（屈曲振動体）の屈曲振動方向の熱伝導率、ρは振動
腕（屈曲振動体）の質量密度、Ｃｐは振動腕（屈曲振動体）の熱容量、ａは振動腕（屈曲
振動体）の屈曲振動方向の幅である。式（１）の熱伝導率ｋ、質量密度ρ、熱容量Ｃｐに
振動腕の材料そのものの定数を入力した場合、求まる熱緩和周波数ｆ0は第１の領域１１
０，１１２および第２の領域１１１，１１３を熱的に接続する熱伝導路を設けていない場
合の屈曲振動体の緩和振動周波数となる。
これを、図８の振動腕の機械的な振動周波数（共振周波数）とＱ値との関係でみると、
曲線Ｆ自体の形状は変わらないから、熱緩和周波数の上昇に伴って、曲線Ｆが曲線Ｆ２の
位置まで周波数の上昇方向（紙面上右方向）にシフトしたことになる。したがって、振動
腕の機械的な振動周波数（共振周波数）をｆｒとしたときにｆｒが熱緩和周波数ｆ0以下
となる範囲、すなわち１≧ｆr／ｆ0を満たす範囲では、曲線Ｆ２におけるＱ値は常に従来
構造の曲線Ｆよりも高くなる。加えて、曲線Ｆ２における、曲線Ｆと曲線Ｆ２の交点の周
波数より低い周波数帯、即ち１＞ｆｒ／（ｆ0＋（ｆ20−ｆ0）／３）を満たす範囲におい
ても、従来構造の音叉型水晶振動片の曲線ＦにおけるＱ値より高くなる。このように、本
実施形態の音叉型水晶振動片５０は、各振動腕５３，５４それぞれの第１の領域１１０，
１１２と第２の領域１１１，１１３とを熱的に接続する熱伝導路（各励振電極３６Ａ，３
６Ｂ，３７Ａ，３７Ｂの一部）が低い熱抵抗率を有して、且つ、厚みを管理して設けられ
ていることにより、Ｑ値を改善して高性能化を実現することができる。
曲線Ｆ自体の形状は変わらないから、熱緩和周波数の上昇に伴って、曲線Ｆが曲線Ｆ２の
位置まで周波数の上昇方向（紙面上右方向）にシフトしたことになる。したがって、振動
腕の機械的な振動周波数（共振周波数）をｆｒとしたときにｆｒが熱緩和周波数ｆ0以下
となる範囲、すなわち１≧ｆr／ｆ0を満たす範囲では、曲線Ｆ２におけるＱ値は常に従来
構造の曲線Ｆよりも高くなる。加えて、曲線Ｆ２における、曲線Ｆと曲線Ｆ２の交点の周
波数より低い周波数帯、即ち１＞ｆｒ／（ｆ0＋（ｆ20−ｆ0）／３）を満たす範囲におい
ても、従来構造の音叉型水晶振動片の曲線ＦにおけるＱ値より高くなる。このように、本
実施形態の音叉型水晶振動片５０は、各振動腕５３，５４それぞれの第１の領域１１０，
１１２と第２の領域１１１，１１３とを熱的に接続する熱伝導路（各励振電極３６Ａ，３
６Ｂ，３７Ａ，３７Ｂの一部）が低い熱抵抗率を有して、且つ、厚みを管理して設けられ
ていることにより、Ｑ値を改善して高性能化を実現することができる。
また、本実施形態では、励振電極３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，３７Ｂの一部を熱伝導路と
して用いる構成としている。これにより、製造工程が簡略化され、また、スペース効率よ
くＱ値の安定化対策を講じることができるので、音叉型水晶振動片５０の小型化および低
コスト化に有利である。
して用いる構成としている。これにより、製造工程が簡略化され、また、スペース効率よ
くＱ値の安定化対策を講じることができるので、音叉型水晶振動片５０の小型化および低
コスト化に有利である。
（第２の実施形態）
上記第１の実施形態では、音叉型水晶振動片５０の励振電極３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，
３７Ｂの一部を熱伝導路として用いる構成とした。これに限らず、屈曲振動体上に励振電
極とは別に熱伝導路を設ける構成としてもよい。
図４は、屈曲振動体上に励振電極とは別に熱伝導路を設けた音叉型水晶振動片を模式的
に説明するものであり、（ａ）は一主面側の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図で
ある。なお、本変形例の図４において、上記第１の実施形態と同じ構成については同一符
号を付して説明を省略する。
上記第１の実施形態では、音叉型水晶振動片５０の励振電極３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，
３７Ｂの一部を熱伝導路として用いる構成とした。これに限らず、屈曲振動体上に励振電
極とは別に熱伝導路を設ける構成としてもよい。
図４は、屈曲振動体上に励振電極とは別に熱伝導路を設けた音叉型水晶振動片を模式的
に説明するものであり、（ａ）は一主面側の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図で
ある。なお、本変形例の図４において、上記第１の実施形態と同じ構成については同一符
号を付して説明を省略する。
図４（ａ）において、本変形例の音叉型水晶振動片１５０は、屈曲振動体材料からなる
基部５２と、その基部５２の一端側から二股に別れて互いに平行に延出する一対の振動腕
５３，５４とからなる音叉型の外形を有し、各振動腕５３，５４の一方の主面には励振電
極１３６Ａ，１３７Ａが形成されている。また、基部５２の振動腕５３，５４が延出され
た一端側と異なる他端側近傍には外部接続電極６６，６７が設けられている。これらの外
部接続電極６６，６７は、それぞれ励振電極１３６Ａ，１３７Ａと対応しており、それぞ
れ対応する電極同士が、音叉型水晶振動片１５０の主面や側面に引き回されて設けられた
図示しない引き回し配線により接続されている。
なお、図示を省略したが、各振動腕５３，５４の励振電極３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，３
７Ｂが形成された両主面と直交する両側面には、それぞれの振動腕５３，５４の励振電極
３６Ａ，３６Ｂまたは励振電極３７Ａ，３７Ｂとそれぞれ同電位の励振電極が形成されて
いる。
基部５２と、その基部５２の一端側から二股に別れて互いに平行に延出する一対の振動腕
５３，５４とからなる音叉型の外形を有し、各振動腕５３，５４の一方の主面には励振電
極１３６Ａ，１３７Ａが形成されている。また、基部５２の振動腕５３，５４が延出され
た一端側と異なる他端側近傍には外部接続電極６６，６７が設けられている。これらの外
部接続電極６６，６７は、それぞれ励振電極１３６Ａ，１３７Ａと対応しており、それぞ
れ対応する電極同士が、音叉型水晶振動片１５０の主面や側面に引き回されて設けられた
図示しない引き回し配線により接続されている。
なお、図示を省略したが、各振動腕５３，５４の励振電極３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，３
７Ｂが形成された両主面と直交する両側面には、それぞれの振動腕５３，５４の励振電極
３６Ａ，３６Ｂまたは励振電極３７Ａ，３７Ｂとそれぞれ同電位の励振電極が形成されて
いる。
振動腕５３の励振電極１３６Ａが形成された一方の主面側において、振動腕５３の基部
５２との付け根近傍には、上記第１の実施形態で説明した第１の領域と第２の領域（図１
を参照）とを熱的に接続する位置に、屈曲振動体としての水晶基板よりも熱抵抗率の低い
材料（図３を参照）からなる熱伝導路５６Ａが設けられている。
同様に、振動腕５４の励振電極１３７Ａが形成された一方の主面側においても、振動腕
５４の基部５２との付け根近傍に、上記第１の領域と上記第２の領域とを熱的に接続する
位置に熱伝導路５７Ａが設けられている。
５２との付け根近傍には、上記第１の実施形態で説明した第１の領域と第２の領域（図１
を参照）とを熱的に接続する位置に、屈曲振動体としての水晶基板よりも熱抵抗率の低い
材料（図３を参照）からなる熱伝導路５６Ａが設けられている。
同様に、振動腕５４の励振電極１３７Ａが形成された一方の主面側においても、振動腕
５４の基部５２との付け根近傍に、上記第１の領域と上記第２の領域とを熱的に接続する
位置に熱伝導路５７Ａが設けられている。
また、図４（ｂ）に示すように、振動腕５３の他方の主面側においても、上記熱伝導路
５６Ａと対向する位置に熱伝導路５６Ｂが設けられている。
ここで、振動腕５３の両主面に設けられた熱伝導路５６Ａ，５６Ｂは、上記第１の実施
形態で説明した熱伝導路の厚みｔthと同じ定義の厚みｔ11，ｔ12（第１の実施形態ではｔ
1＝ｔ2）に調整されて形成されている。
これと同様に、振動腕５４の他方の主面側においても、厚みｔ11を有する上記熱伝導路
５７Ａと対向する位置に、厚みｔ12を有する熱伝導路（図示せず）が設けられている。
５６Ａと対向する位置に熱伝導路５６Ｂが設けられている。
ここで、振動腕５３の両主面に設けられた熱伝導路５６Ａ，５６Ｂは、上記第１の実施
形態で説明した熱伝導路の厚みｔthと同じ定義の厚みｔ11，ｔ12（第１の実施形態ではｔ
1＝ｔ2）に調整されて形成されている。
これと同様に、振動腕５４の他方の主面側においても、厚みｔ11を有する上記熱伝導路
５７Ａと対向する位置に、厚みｔ12を有する熱伝導路（図示せず）が設けられている。
上記構成によれば、励振電極１３６Ａ，１３７Ａなどの電極材料としての機能を考慮す
る必要がなく、熱伝導路５６Ａ，５６Ｂ，５７Ａとして用いる材料の選択肢が広がるので
、より効果的に音叉型水晶振動片１５０のＱ値の安定化や製造効率の向上を図ることが可
能になる。例えば、比較的厚い厚みで形成される熱伝導路５６Ａ，５６Ｂ，５７Ａを、励
振電極１３６Ａ，１３７Ａの厚みに関係なく熱伝導路５６Ａ，５６Ｂ，５７Ａの厚みだけ
を制御して形成すればよいので、材料の無駄が抑えられるとともに厚みの制御を精度よく
行うことができる。
また、励振電極１３６Ａ，１３７Ａとは別個に形成される熱伝導路５６Ａ，５６Ｂ，５
７Ａは導電性を必要としないので、例えば、図３に示す材料のうち、ダイヤモンドなどの
熱抵抗率の低い不導体材料を選択してＱ値の低下をより効果的に抑えることができる。
る必要がなく、熱伝導路５６Ａ，５６Ｂ，５７Ａとして用いる材料の選択肢が広がるので
、より効果的に音叉型水晶振動片１５０のＱ値の安定化や製造効率の向上を図ることが可
能になる。例えば、比較的厚い厚みで形成される熱伝導路５６Ａ，５６Ｂ，５７Ａを、励
振電極１３６Ａ，１３７Ａの厚みに関係なく熱伝導路５６Ａ，５６Ｂ，５７Ａの厚みだけ
を制御して形成すればよいので、材料の無駄が抑えられるとともに厚みの制御を精度よく
行うことができる。
また、励振電極１３６Ａ，１３７Ａとは別個に形成される熱伝導路５６Ａ，５６Ｂ，５
７Ａは導電性を必要としないので、例えば、図３に示す材料のうち、ダイヤモンドなどの
熱抵抗率の低い不導体材料を選択してＱ値の低下をより効果的に抑えることができる。
上記実施形態で説明した屈曲振動片としての音叉型水晶振動片は、以下の変形例として
実施することも可能である。
実施することも可能である。
（変形例）
上記第２の実施形態の音叉型水晶振動片１５０において、熱伝導路５６Ａ，５６Ｂ，５
７Ａは励振電極１３６Ａ，１３７Ａなどの電極と重ならない位置に設ける構成としたが、
熱伝導路の形成用材料として不導体材料を用いれば、熱伝導路を電極と重ねて設けること
も可能となり、小型化が図れるなどの効果を奏する。
図５は、変形例の音叉型水晶振動片を模式的に説明するものであり、図５（ａ）は一主
面側の平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
上記第２の実施形態の音叉型水晶振動片１５０において、熱伝導路５６Ａ，５６Ｂ，５
７Ａは励振電極１３６Ａ，１３７Ａなどの電極と重ならない位置に設ける構成としたが、
熱伝導路の形成用材料として不導体材料を用いれば、熱伝導路を電極と重ねて設けること
も可能となり、小型化が図れるなどの効果を奏する。
図５は、変形例の音叉型水晶振動片を模式的に説明するものであり、図５（ａ）は一主
面側の平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
図５（ａ）において、本変形例の音叉型水晶振動片２５０は、屈曲振動体材料からなる
基部５２と、その基部５２の一端側から二股に別れて互いに平行に延出する一対の振動腕
５３，５４とからなる音叉型の外形を有している。また、各振動腕５３，５４の一方の主
面には、各振動腕５３，５４の基部５２との付け根部分近傍を含む領域に設けられた励振
電極２３６Ａ，２３７Ａが形成されている。
基部５２と、その基部５２の一端側から二股に別れて互いに平行に延出する一対の振動腕
５３，５４とからなる音叉型の外形を有している。また、各振動腕５３，５４の一方の主
面には、各振動腕５３，５４の基部５２との付け根部分近傍を含む領域に設けられた励振
電極２３６Ａ，２３７Ａが形成されている。
振動腕５３の励振電極２３６Ａが形成された一方の主面側において、振動腕５３の基部
５２との付け根近傍の、上記第１の実施形態で説明した第１の領域と第２の領域（図１を
参照）とを熱的に接続する位置には、屈曲振動体としての水晶基板よりも熱抵抗率の低い
材料（例えば、図３を参照）のうち、不導体からなる熱伝導路１５６Ａが設けられている
。熱伝導路１５６Ａは、励振電極２３６Ａ上を含む領域に設けられているが、不導体なの
で短絡などの電気的な不具合を回避できる。
同様に、振動腕５４の励振電極２３７Ａが形成された一方の主面側においても、振動腕
５４の基部５２との付け根近傍に、上記第１の領域と上記第２の領域とを熱的に接続する
位置に熱伝導路１５７Ａが設けられている。
５２との付け根近傍の、上記第１の実施形態で説明した第１の領域と第２の領域（図１を
参照）とを熱的に接続する位置には、屈曲振動体としての水晶基板よりも熱抵抗率の低い
材料（例えば、図３を参照）のうち、不導体からなる熱伝導路１５６Ａが設けられている
。熱伝導路１５６Ａは、励振電極２３６Ａ上を含む領域に設けられているが、不導体なの
で短絡などの電気的な不具合を回避できる。
同様に、振動腕５４の励振電極２３７Ａが形成された一方の主面側においても、振動腕
５４の基部５２との付け根近傍に、上記第１の領域と上記第２の領域とを熱的に接続する
位置に熱伝導路１５７Ａが設けられている。
また、図５（ｂ）に示すように、振動腕５３の他方の主面側においても、上記熱伝導路
１５６Ａと対向する位置に熱伝導路１５６Ｂが設けられている。
ここで、振動腕５３の両主面に設けられた熱伝導路１５６Ａ，１５６Ｂは、上記第１の
実施形態で説明した熱伝導路の厚みｔthと同じ定義の厚みｔ21，ｔ22（ここでｔ21＝ｔ22
）に調整されて形成されている。
これと同様に、振動腕５４の他方の主面側においても、厚みｔ21を有する上記熱伝導路
１５７Ａと対向する位置に、厚みｔ22を有する熱伝導路（図示せず）が設けられている。
なお、図示を省略したが、各振動腕５３，５４の励振電極２３６Ａ，２３６Ｂ，２３７
Ａ，２３７Ｂが形成された両主面と直交する両側面には、それぞれの振動腕５３，５４の
励振電極２３６Ａ，２３６Ｂまたは励振電極２３７Ａ，２３７Ｂとそれぞれ同電位の励振
電極が形成されている。
１５６Ａと対向する位置に熱伝導路１５６Ｂが設けられている。
ここで、振動腕５３の両主面に設けられた熱伝導路１５６Ａ，１５６Ｂは、上記第１の
実施形態で説明した熱伝導路の厚みｔthと同じ定義の厚みｔ21，ｔ22（ここでｔ21＝ｔ22
）に調整されて形成されている。
これと同様に、振動腕５４の他方の主面側においても、厚みｔ21を有する上記熱伝導路
１５７Ａと対向する位置に、厚みｔ22を有する熱伝導路（図示せず）が設けられている。
なお、図示を省略したが、各振動腕５３，５４の励振電極２３６Ａ，２３６Ｂ，２３７
Ａ，２３７Ｂが形成された両主面と直交する両側面には、それぞれの振動腕５３，５４の
励振電極２３６Ａ，２３６Ｂまたは励振電極２３７Ａ，２３７Ｂとそれぞれ同電位の励振
電極が形成されている。
上記構成によれば、励振電極２３６Ａ，２３６Ｂ，２３７Ａなどの電極との短絡を気に
することなく、それらの電極上に熱伝導路１５６Ａ，１５６Ｂ，１５７Ａを設けることが
できるので、設計の自由度が増して小型化に有利である。また、電極と熱伝導路１５６Ａ
，１５６Ｂ，１５７Ａとの形成位置精度を緩くすることができるなど製造も容易になる。
することなく、それらの電極上に熱伝導路１５６Ａ，１５６Ｂ，１５７Ａを設けることが
できるので、設計の自由度が増して小型化に有利である。また、電極と熱伝導路１５６Ａ
，１５６Ｂ，１５７Ａとの形成位置精度を緩くすることができるなど製造も容易になる。
〔発振器〕
上記第１の実施形態および変形例で説明した屈曲振動片としての音叉型水晶振動片５０
，１５０，２５０は、圧電デバイスや、圧電デバイス以外の様々な電子部品に適用するこ
とができる。特に、上記パッケージ内に上記の音叉型水晶振動片５０，１５０，２５０の
うちいずれかの屈曲振動片とともに、その屈曲振動片を発振させる発振回路素子が少なく
とも組み込まれて構成された発振器は、Ｑ値が改善されて高性能化が実現されるとともに
小型化を図ることができる。
上記第１の実施形態および変形例で説明した屈曲振動片としての音叉型水晶振動片５０
，１５０，２５０は、圧電デバイスや、圧電デバイス以外の様々な電子部品に適用するこ
とができる。特に、上記パッケージ内に上記の音叉型水晶振動片５０，１５０，２５０の
うちいずれかの屈曲振動片とともに、その屈曲振動片を発振させる発振回路素子が少なく
とも組み込まれて構成された発振器は、Ｑ値が改善されて高性能化が実現されるとともに
小型化を図ることができる。
以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発
明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の
変更を加えることが可能である。
明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の
変更を加えることが可能である。
例えば、上記第１の実施形態、第２の実施形態、および変形例の音叉型水晶振動片５０
，１５０，２５０では、各振動腕５３，５４の両主面に熱伝導路５６，５７，１５６，１
５７を設けた。すなわち、上記第１の実施形態で説明した熱伝導路５６，５７の厚みｔth
（ｔ1，ｔ2）を規定する式ｔth≧（１／ｍ）×ｔv×（ρth／ρv）において、熱伝導路の
数ｍ＝２としたが、これに限らない。熱伝導路は、屈曲振動体（音叉型水晶振動片の振動
腕）ごとに一つ、または三つであっても、上式の関係を満たすように各熱伝導経路の厚み
を確保すればよい。
，１５０，２５０では、各振動腕５３，５４の両主面に熱伝導路５６，５７，１５６，１
５７を設けた。すなわち、上記第１の実施形態で説明した熱伝導路５６，５７の厚みｔth
（ｔ1，ｔ2）を規定する式ｔth≧（１／ｍ）×ｔv×（ρth／ρv）において、熱伝導路の
数ｍ＝２としたが、これに限らない。熱伝導路は、屈曲振動体（音叉型水晶振動片の振動
腕）ごとに一つ、または三つであっても、上式の関係を満たすように各熱伝導経路の厚み
を確保すればよい。
また、上記第１の実施形態および変形例では、屈曲振動片としての音叉型水晶振動片５
０，１５０，２５０について説明した。これに限らず、本発明の屈曲振動片は、短冊状の
所謂ビーム型の屈曲振動片でもよく、また、三つ以上の振動腕を有する屈曲振動片であっ
ても、上記した第１の実施形態および変形例と同様な効果を得ることができる。
０，１５０，２５０について説明した。これに限らず、本発明の屈曲振動片は、短冊状の
所謂ビーム型の屈曲振動片でもよく、また、三つ以上の振動腕を有する屈曲振動片であっ
ても、上記した第１の実施形態および変形例と同様な効果を得ることができる。
三つ以上の振動腕を有する屈曲振動片の具体例を以下で説明する。図６は、三つの振動
腕を有する屈曲振動片の概略構成図であり、（ａ）〜（ｃ）は電極形成の過程を示した斜
視図、（ｄ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｅ）は（ｂ）のＢ−Ｂ’断面図、（ｆ）は（
ｃ）のＣ−Ｃ’断面図である。
図６に示すように、圧電体素子１０は、水晶基板からなる基部１６とその一端から延出
する３本の振動腕１８ａ，１８ｂ，１８ｃを備え、振動腕１８ａ，１８ｂ，１８ｃは主面
１２上に配置された下部電極２０と、下部電極２０上に配置された圧電膜２２と、圧電膜
２２上に配置された上部電極２６と、を含み、振動腕１８ａ，１８ｃと振動腕１８ｂとを
互い違いに上下に屈曲振動させる。換言すれば、基部１６と振動腕１８ａ，１８ｂ，１８
ｂが形成された面と直交する方向に屈曲振動するとも言える。なお、本例の振動腕の振動
方向の幅ａは、振動腕の厚み方向となる。
腕を有する屈曲振動片の概略構成図であり、（ａ）〜（ｃ）は電極形成の過程を示した斜
視図、（ｄ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｅ）は（ｂ）のＢ−Ｂ’断面図、（ｆ）は（
ｃ）のＣ−Ｃ’断面図である。
図６に示すように、圧電体素子１０は、水晶基板からなる基部１６とその一端から延出
する３本の振動腕１８ａ，１８ｂ，１８ｃを備え、振動腕１８ａ，１８ｂ，１８ｃは主面
１２上に配置された下部電極２０と、下部電極２０上に配置された圧電膜２２と、圧電膜
２２上に配置された上部電極２６と、を含み、振動腕１８ａ，１８ｃと振動腕１８ｂとを
互い違いに上下に屈曲振動させる。換言すれば、基部１６と振動腕１８ａ，１８ｂ，１８
ｂが形成された面と直交する方向に屈曲振動するとも言える。なお、本例の振動腕の振動
方向の幅ａは、振動腕の厚み方向となる。
本例では、図６（ａ）、（ｄ）に示すように、まず振動腕１８ａ，１８ｂ，１８ｃの外
面を覆うように下部電極２０を形成する。次に図６（ｂ）、（ｅ）に示すように下部電極
２０および基部１６の一部を覆うように圧電膜２２を形成すると共に下部電極２０と上部
電極２６とを導通接続するための開口部２４を形成する。次に図６（ｃ）、（ｆ）に示す
ように圧電膜２２上に上部電極２６を形成する。このとき、振動腕１８ａ，１８ｃの下部
電極２０と振動腕１８ｂの上部電極２６とが接続され、振動腕１８ａ，１８ｃの上部電極
２６と振動腕１８ｂの下部電極２０とが接続される。本実施例においては、下部電極２０
を水晶基板よりも高い熱伝導率を有した電極材料から形成する。
面を覆うように下部電極２０を形成する。次に図６（ｂ）、（ｅ）に示すように下部電極
２０および基部１６の一部を覆うように圧電膜２２を形成すると共に下部電極２０と上部
電極２６とを導通接続するための開口部２４を形成する。次に図６（ｃ）、（ｆ）に示す
ように圧電膜２２上に上部電極２６を形成する。このとき、振動腕１８ａ，１８ｃの下部
電極２０と振動腕１８ｂの上部電極２６とが接続され、振動腕１８ａ，１８ｃの上部電極
２６と振動腕１８ｂの下部電極２０とが接続される。本実施例においては、下部電極２０
を水晶基板よりも高い熱伝導率を有した電極材料から形成する。
この屈曲振動によって、基部１６と振動腕１８ａ，１８ｂ，１８ｃとの連結部において
、振動腕１８ａ，１８ｂ，１８ｃの振動方向の付け根部分の表裏面には、圧縮応力と引張
応力とが発生する。図中の振動腕で詳述すると、振動腕１８ａ，１８ｃが＋Ｚ軸方向に屈
曲振動すると、振動腕１８ａ，１８ｃの表面の第１の領域には圧縮応力が作用して温度が
上昇し、裏面の第２の領域には引張応力が作用して温度が下降する。一方、振動腕１８ｂ
は−Ｚ軸方向に屈曲振動し、振動腕１８ｂの表面の第１の領域には引張応力が作用して温
度が下降し、裏面の第２の領域には圧縮応力が作用して温度が上昇する。このように、振
動腕１８ａ，１８ｂ，１８ｃそれぞれの基部１６との連結部の内部には、圧縮応力が作用
する部分と引張応力が作用する部分との間で温度勾配が生じ、その傾斜は、振動腕１８ａ
，１８ｂ，１８ｃの振動の向きによって逆向きになる。この温度勾配によって、熱が圧縮
側の部分から引張側の部分へ、すなわち、高温側から低温側へと伝達される。本実施形態
の音叉型水晶振動片では、この圧縮側の部分から伸張側の部分への熱の伝達が、振動腕１
８ａ，１８ｂ，１８ｃの表面に形成した下部電極２０の一部を熱伝導路として用いる。
、振動腕１８ａ，１８ｂ，１８ｃの振動方向の付け根部分の表裏面には、圧縮応力と引張
応力とが発生する。図中の振動腕で詳述すると、振動腕１８ａ，１８ｃが＋Ｚ軸方向に屈
曲振動すると、振動腕１８ａ，１８ｃの表面の第１の領域には圧縮応力が作用して温度が
上昇し、裏面の第２の領域には引張応力が作用して温度が下降する。一方、振動腕１８ｂ
は−Ｚ軸方向に屈曲振動し、振動腕１８ｂの表面の第１の領域には引張応力が作用して温
度が下降し、裏面の第２の領域には圧縮応力が作用して温度が上昇する。このように、振
動腕１８ａ，１８ｂ，１８ｃそれぞれの基部１６との連結部の内部には、圧縮応力が作用
する部分と引張応力が作用する部分との間で温度勾配が生じ、その傾斜は、振動腕１８ａ
，１８ｂ，１８ｃの振動の向きによって逆向きになる。この温度勾配によって、熱が圧縮
側の部分から引張側の部分へ、すなわち、高温側から低温側へと伝達される。本実施形態
の音叉型水晶振動片では、この圧縮側の部分から伸張側の部分への熱の伝達が、振動腕１
８ａ，１８ｂ，１８ｃの表面に形成した下部電極２０の一部を熱伝導路として用いる。
なお、本実施例では圧電膜または上部電極を振動腕の表面のみに形成しているが、下部
電極と同様に圧電膜または上部電極を振動腕の外面全体に形成し、圧電膜または上部電極
を熱伝導路として用いても良い。
電極と同様に圧電膜または上部電極を振動腕の外面全体に形成し、圧電膜または上部電極
を熱伝導路として用いても良い。
また、上記第１の実施形態および変形例では、屈曲振動片の一例として、水晶からなる
音叉型水晶振動片５０，１５０，２５０について説明したが、水晶以外の圧電基板からな
る屈曲振動片であってもよい。
また、屈曲振動片の基材は材料からなる圧電基板に限らない。圧電基板を用いた圧電駆
動型のもの以外に、静電気力を用いた静電駆動型や、磁気を用いた磁気駆動型の屈曲振動
片においても、本発明の構成およびその効果を発揮させることができる。
音叉型水晶振動片５０，１５０，２５０について説明したが、水晶以外の圧電基板からな
る屈曲振動片であってもよい。
また、屈曲振動片の基材は材料からなる圧電基板に限らない。圧電基板を用いた圧電駆
動型のもの以外に、静電気力を用いた静電駆動型や、磁気を用いた磁気駆動型の屈曲振動
片においても、本発明の構成およびその効果を発揮させることができる。
１，５０，１５０，２５０…屈曲振動片としての音叉型水晶振動片、２，５２…基部、
３，４，５３，５４…振動腕、６，７…孔、１０，１２，１１０，１１２…第１の領域、
１１，１３，１１１，１１３…第２の領域、３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，３７Ｂ，１３６Ａ
，１３７Ａ，２３６Ａ，２３６Ｂ，２３７Ａ…励振電極、５６Ａ，５６Ｂ，１５６Ａ，１
５６Ｂ，１５７Ａ…熱伝導路、６６，６７…外部接続電極。
３，４，５３，５４…振動腕、６，７…孔、１０，１２，１１０，１１２…第１の領域、
１１，１３，１１１，１１３…第２の領域、３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，３７Ｂ，１３６Ａ
，１３７Ａ，２３６Ａ，２３６Ｂ，２３７Ａ…励振電極、５６Ａ，５６Ｂ，１５６Ａ，１
５６Ｂ，１５７Ａ…熱伝導路、６６，６７…外部接続電極。
Claims (7)
- 振動により圧縮応力または引張応力が作用する第１の領域と、前記第１の領域に圧縮応
力が作用する場合は引張応力が作用し前記第１の領域に引張応力が作用する場合は圧縮応
力が作用する関係にある第２の領域と、を有し、第１の面内で屈曲振動する屈曲振動体と
、
前記第１の領域と前記第２の領域の間に、前記屈曲振動体よりも高い熱伝導率を有する
材料からなり前記第１の領域と前記第２の領域とを熱的に接続する熱伝導路と、を有する
屈曲振動片であって、
前記熱伝導路の数をｍ、前記熱伝導路の熱抵抗率をρth、前記屈曲振動体の熱抵抗率を
ρV、前記屈曲振動体の前記第１の面と直交する方向の厚みをｔv、前記熱伝導路の厚みを
ｔthとしたときに、ｔth≧（１／ｍ）×ｔv×（ρth／ρv）の関係を満たすことを特徴と
する屈曲振動片。 - 請求項１に記載の屈曲振動片において、
前記熱伝導路は屈曲振動片の外面に形成されることを特徴とする屈曲振動片。 - 請求項１または２に記載の屈曲振動片において、
前記屈曲振動体の機械的な振動周波数をｆｒ、前記屈曲振動片の熱緩和周波数をｆ20、
円周率をπ、前記屈曲振動体に用いた材料の振動方向の熱伝導率をｋ、前記屈曲振動体に
用いた材料の質量密度をρ、前記屈曲振動体に用いた材料の熱容量をＣp、前記屈曲振動
体の振動方向の幅をａとし、ｆ0＝πｋ／（２ρＣpａ2）としたとき、１＞ｆｒ／（ｆ0＋
（ｆ20−ｆ0）／３）の関係を満たすことを特徴とする屈曲振動片。 - 請求項１または２に記載の屈曲振動片において、
前記屈曲振動体の機械的な振動周波数をｆｒ、円周率をπ、前記屈曲振動体に用いた材
料の振動方向の熱伝導率をｋ、前記屈曲振動体に用いた材料の質量密度をρ、前記屈曲振
動体に用いた材料の熱容量をＣp、前記屈曲振動体の振動方向の幅をａとし、ｆ0＝πｋ／
（２ρＣpａ2）としたとき、１≧ｆｒ／ｆ0であることを特徴とする屈曲振動片。 - 請求項１〜４のいずれか一項に記載の屈曲振動片において、
前記熱伝導路が屈曲振動体に形成された励振電極の一部からなることを特徴とする屈曲
振動片。 - 請求項１〜４のいずれか一項に記載の屈曲振動片において、
前記熱伝導路が不導体材料からなることを特徴とする屈曲振動片。 - 請求項１〜６のいずれか一項に記載の屈曲振動片と、
該屈曲振動片を駆動させる発振回路とを少なくとも備えることを特徴とする発振器。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010002669A JP2010252302A (ja) | 2009-03-25 | 2010-01-08 | 屈曲振動片およびそれを用いた発振器 |
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| CN2010101483190A CN101847978B (zh) | 2009-03-25 | 2010-03-25 | 弯曲振动片及利用该弯曲振动片的振荡器 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009073739 | 2009-03-25 | ||
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010252302A true JP2010252302A (ja) | 2010-11-04 |
| JP2010252302A5 JP2010252302A5 (ja) | 2013-02-14 |
Family
ID=42772462
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|---|---|---|---|
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