JP2011155628A - 振動片、振動子、発振器、電子機器、および周波数調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容易に周波数調整が可能な振動片の構成を提供する。
【解決手段】基部１５と、基部１５から延びる面外振動をする振動腕１１，１２，１３と、振動腕１１，１２，１３の共振周波数を調整する第１質量部５１，５２，５３と、を有し、第１質量部５１，５２，５３は振動腕１１，１２，１３の面外振動により圧縮または伸長する第１面と、第１面が圧縮した時に伸長し第１面が伸長した時に圧縮する第２面とを有し、第１質量部５１，５２，５３は第１面および第２面の少なくとも一方の面であって、振動腕１１，１２，１３の基部１５側の端部から先端部までの長さの略中心に形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、振動片、振動子、発振器、電子機器、および周波数調整方法に関する。

振動腕を有する振動子において、振動腕が面内で振動するのではなく、振動腕の厚み方
向に振動（面外振動）する振動片が知られている。この振動片は、一般に奇数本の振動腕
を有し、３本以上の振動腕を持つ場合、隣り合う振動腕が反対方向の振動を交互に繰り返
す振動（ウォークモード振動）を行う。
面内振動を行う音叉型の振動子における周波数（共振周波数）の調整は、振動腕の先端
部に振動方向の平面に錘を設け、この錘にレーザー光などを照射して錘の一部を除去して
行っている。これは錘の一部を除去し、振動腕の重量を減少させることで周波数を順次高
くして周波数調整が行われる（例えば特許文献１参照）。
これに対して、面外振動を行う振動子の周波数（共振周波数）は、振動腕の振動方向の
厚みに比例し、振動腕の長さの二乗に反比例する。このため、周波数の調整は振動腕の厚
みとなる面に錘を付加せず振動腕の側面に錘を付加し、レーザー光を照射してこの側面の
錘の一部を除去することで行っている。

特開２００３−３１８６８５号公報

面外振動を行う振動子の小型化を図る場合、振動腕の長さが短くなるため、同じ周波数
を得るためには振動腕の厚みを薄くする必要がある。
しかしながら、薄い振動腕の側面に従来と同様に錘を付加することは困難である。また
、振動腕の側面に錘を付加することができたとしても、レーザー光を照射してこの錘の一
部を削除することは非常に困難であり、面外振動を行う振動子の周波数調整を容易にかつ
精度よく行うことが望まれている。

本発明は上記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。

［適用例１］本適用例に係る振動片は、第１軸と該第１軸に直交する第２軸とを含む平
面上に設けられた基部と、前記基部から第１軸方向に延びる振動腕と、前記振動腕の共振
周波数を調整する第１質量部と、を有し、前記振動腕は前記平面に対し垂直方向に屈曲振
動し、屈曲振動により圧縮または伸長する第１面と、前記第１面が圧縮したときに伸長し
前記第１面が伸長したときに圧縮する第２面とを、有し、前記第１質量部は前記第１面お
よび前記第２面の少なくとも一方の面であって、前記振動腕の基部側の端部から先端部ま
での長さの略中心に設けられたことを特徴とする。

この構成によれば、振動片の第１質量部が振動腕の長さの略中心に形成されている。こ
の振動腕の中心では質量の増減により周波数が増減する錘効果と、振動腕の厚みにより周
波数が増減する厚み効果との境界が存在する。例えば、膜などを除去した場合、錘効果が
支配的な部分では周波数は＋側に高く調整され、厚み効果が支配的な部分では周波数は−
側に低く調整される。膜を付加した場合は、この反対に錘効果が支配的な部分では周波数
は−側に低く調整され、厚み効果が支配的な部分では周波数は＋側に高く調整される。
このように、この振動腕の中心では振動片の周波数を＋側、−側に調整することができ
、さらに、その周波数調整による周波数の変化量は小さく、容易で、かつ精度の高い周波
数調整が可能である。

［適用例２］上記適用例にかかる振動片において、前記第１質量部に金膜を用いたこと
が望ましい。

この構成によれば、第１質量部が金膜であることから、金膜の一部を削除するのが容易
であり、良好な周波数調整ができる。

［適用例３］上記適用例にかかる振動片において、前記第１質量部にスリットが設けら
れたことが望ましい。

この構成によれば、第１質量部にスリットが形成されている。つまり、面に金属膜が疎
に形成されていることから、金属膜を除去して振動片の周波数調整を行う際に、微小な量
を削除でき、周波数の変化量が少なく、精度よく周波数を合わせこむことができる。

［適用例４］上記適用例にかかる振動片において、前記第１質量部が振動腕の全長Ｌに
対して、基部側の端部から０．３０Ｌ以上、０．６５Ｌ以下の範囲の少なくとも一部に設
けられていることが望ましい。

この構成によれば、基部側の端部から０．３０Ｌ〜０．６５Ｌの間の位置に設けられた
第１質量部では金膜を除去することで周波数偏差±１０００ｐｐｍの周波数調整が可能で
ある。このように、振動片の周波数の調整は周波数を＋側に高くする方向、および周波数
を−側に低くする方向にも調整が可能である。このことから、この第１質量部では調整範
囲の広い周波数調整ができ、かつ精度の高い振動片の周波数調整が可能である。

［適用例５］上記適用例にかかる振動片において、前記第１質量部が振動腕の全長Ｌに
対して、基部側の端部から０．４２Ｌ以上、０．５７Ｌ以下の範囲の少なくとも一部に設
けられたことが望ましい。

この構成によれば、基部側の端部から０．４２Ｌ〜０．５７Ｌの間の位置に設けられた
第１質量部では金膜を除去することで周波数偏差±２００ｐｐｍの周波数調整が可能であ
る。このように、振動片の周波数の調整は周波数を＋側に高くする方向、および周波数を
−側に低くする方向にも調整が可能である。このことから、この第１質量部では調整範囲
の狭い周波数調整ができ、かつ精度の高い振動片の周波数調整が可能である。

［適用例６］上記適用例にかかる振動片において、前記振動腕の先端部の前記第１面お
よび前記第２面の少なくとも一方の面にさらに共振周波数を調整する第２質量部が設けら
れたことが望ましい。

この構成によれば、振動腕の先端部の粗調用の第２質量部で粗調を行い、略中心の第１
質量部で微調を行うことができる。このことから、調整量の多い振動片の周波数調整にお
ける加工時間を短時間にすることが可能である。

［適用例７］本適用例にかかる周波数調整方法は、第１軸と該第１軸に直交する第２軸
とを含む平面上に形成される基部と、前記基部から第１軸方向に延びる振動腕と、前記振
動腕の共振周波数を調整する第１質量部と、を有し、前記振動腕は前記平面に対し垂直方
向に屈曲振動し、屈曲振動により圧縮または伸長する第１面と、前記第１面が圧縮したと
きに伸長し前記第１面が伸長したときに圧縮する第２面とを、有し前記第１質量部は前記
第１面および前記第２面の少なくとも一方の面であって、前記振動腕の基部側の端部から
先端部までの長さの略中心に形成されている振動片を用意する工程と、前記第１質量部の
質量を変化させることにより前記振動腕の共振周波数を調整する微調工程と、を有するこ
とを特徴とする。

この周波数調整方法によれば、振動腕の長さの略中心に形成されている第１質量部の質
量を変化させることで振動片の共振周波数の微調を行う。
この振動腕の中心では質量の増減により周波数が増減する錘効果と、振動腕の厚みによ
り周波数が増減する厚み効果との境界が存在する。例えば、膜などを除去した場合、錘効
果が支配的な部分では周波数は＋側に高く調整され、厚み効果が支配的な部分では周波数
は−側に低く調整される。膜を付加した場合は、この反対に錘効果が支配的な部分では周
波数は−側に低く調整され、厚み効果が支配的な部分では周波数は＋側に高く調整される
。
このように、この振動腕の中心では振動片の周波数を＋側、−側に調整することができ
、さらに、その周波数調整による周波数の変化量は小さく、容易でかつ精度の高い周波数
調整が可能である。

［適用例８］上記適用例にかかる周波数調整方法において、前記振動片の周波数は、前
記微調工程前において目標の周波数に対して低くなるように設定され、前記振動腕の前記
第１軸方向の長さの略中心に対し先端部側に形成された前記第１質量部から質量を減少さ
せることが望ましい。

この周波数調整方法によれば、振動腕の第１軸方向の長さの中心に対し先端部側に形成
された第１質量部から質量を減少させる。このようにすれば、周波数を最初に大きく変化
させることができ、効率的な周波数調整ができる。

［適用例９］上記適用例にかかる周波数調整方法において、前記第１質量部に金膜を用
い、前記金膜をレーザーで除去することにより前記第１質量部の質量を減少させることが
望ましい。

この周波数調整方法によれば、レーザー光を金膜に照射して金膜の一部を除去して第１
質量部の質量を減少させる。金膜はレーザーにより容易に除去が可能であり、効率の良い
周波数調整ができる。

［適用例１０］本適用例にかかる振動子は、上記適用例のいずれかに記載の振動片と、
前記振動片を収納したパッケージと、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、振動子は、周波数調整が容易で、しかも精度よく周波数調整が行え
る振動片を備えており、周波数精度に優れた振動子を提供できる。

［適用例１１］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振動片と、
前記振動片に接続された回路素子と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、発振器は、周波数調整が容易で、しかも精度よく周波数調整が行え
る振動片を備えており、周波数精度に優れた発振器を提供できる。

［適用例１２］本適用例にかかる電子機器は、上記適用例のいずれかに記載の振動片を
用いたことを特徴とする。

この構成によれば、電子機器は、上記適用例１〜上記適用例６のいずれか一例に記載の
効果を奏する電子機器を提供することができる。

面外振動を行う振動片の一例を説明する概略斜視図。 振動腕に形成された金属膜の形成位置と周波数の関係を示すグラフ。 第１の実施形態の振動片の構成を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断線に沿う概略断面図、（ｃ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ断線に沿う概略断面図。 第１の実施形態における周波数の調整範囲（調整量）と振動腕の長さに対する質量部の位置に関するグラフ。 第１の実施形態における振動片における周波数調整の手順を説明する模式図。 変形例における第１質量部の金属膜の構成を示す構成図。 第２の実施形態の振動子の構成を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＧ−Ｇ断線に沿う概略断面図。 第３の実施形態の発振器の構成を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＨ−Ｈ断線に沿う概略断面図。

実施形態の説明に先立ち、本発明の理解のために、面外振動を行う振動片における質量
部と周波数の関係について説明する。
図１は面外振動を行う振動片の一例を説明する概略斜視図である。図２は振動腕に形成
された金属膜の形成位置と周波数の関係を示すグラフである。
図１に示すように、面外振動を行う振動片１は、基部１５と、基部１５から平行して延
びる３本の振動腕１１，１２，１３を有している。
ここで、振動腕１１，１２，１３が延びる方向をＹ方向（第１軸）、Ｙ方向に直交し振
動腕１１，１２，１３が並ぶ方向をＸ方向（第２軸）としたとき、Ｙ方向とＸ方向に直交
する方向をＺ方向とする。

面外振動は振動腕の先端がＺ方向、つまりＸＹ平面に対し垂直方向に振動し、かつ隣り
合う振動腕とは反対の方向になるように振動を繰り返す振動である。このような振動は振
動腕が形成されるＸＹ平面から外れて振動するため、一般的に面外振動と呼ばれている。
このため、振動腕１１，１３が＋Ｚ方向に振動し振動腕１２が−Ｚ方向に振動した場合
、ＸＹ平面に形成される振動腕１１，１２，１３の対向する第１面１１ａ，１２ａ，１３
ａと第２面１１ｂ，１２ｂ，１３ｂは、第１面１１ａ，１３ａは圧縮し第２面１１ｂ，１
３ｂは伸長し、他方で第１面１２ａは伸長し第２面１２ｂは圧縮する。また、振動腕１１
，１３が−Ｚ方向に振動し、振動腕１２が＋Ｚ方向に振動した場合は、圧縮と伸長の関係
が前述と逆になる。なお、振動腕は３本に限らず、１本であっても良いし５本であっても
良い。

このような面外振動を行う振動片において、振動片の共振周波数をｆ、振動腕の全長を
Ｌ、振動腕の振動方向の厚みをｔとすると、ｆ∝（ｔ／Ｌ²）、という関係がある。
つまり、面外振動を行う振動片の共振周波数ｆは、振動腕の振動方向の厚みｔに比例し
、振動腕の全長Ｌの二乗に反比例する。

このような振動片の基本的な特性において、音叉型の面内振動を行う振動片と同様に、
ＸＹ平面内にある振動腕の第１面あるいは第２面に、膜の付加または膜の除去を行って周
波数調整をする場合には、単純な錘の効果だけでなく厚みの変化も考慮する必要がある。
このため、振動腕の第１面あるいは第２面に膜の付加または膜の除去による周波数調整は
困難であると考えられていた。

そこで、発明者は基部に１本の振動腕が形成された面外振動を行う振動片をモデルとし
て、ＸＹ平面内にある振動腕の一面に金属膜を形成し、それを振動腕の先端側から削除し
ていったときの周波数の変化をシミュレーションして考察を行った。
図２がそのグラフであり、縦軸に規格化した周波数変化量Δｆをとり、横軸に振動腕の
全長Ｌに対する周波数調整膜としての金属膜の基部からの長さをとっている。縦軸のΔｆ
は、振動腕に金属膜（周波数調整膜）を形成しないときの周波数をｆ０とし、金属膜（周
波数調整膜）を形成したときの周波数をｆとしたときにΔｆ＝（ｆ−ｆ０）／ｆとし、さ
らにΔｆの最大値が１となるようにΔf（規格化）＝Δｆ／（Δｆの最大値）として規格
化した数値である。なお、このグラフは金属膜として金（Ａｕ）膜を形成した場合のデー
タである。

図２のグラフによれば、振動腕に形成した金属膜を先端側から削除していくと、周波数
は順次高くなるように変化し、振動腕のほぼ中心で周波数の変化がゼロになる。そして、
さらに金属膜を基部に向かって除去していくと、今度は周波数が低くなるように変化して
いく。また、周波数の変化量は中心に近いほど小さくなっている。
振動腕の長さの略中心を境にして、振動腕の先端側では錘効果が支配的になり、金属膜
の除去により周波数は高くなる方向に変化する。また、振動腕の長さの略中心から振動腕
の基部側では厚み効果が支配的になり、金属膜の除去により周波数は低くなる方向に変化
する。
このように、発明者は、振動腕の長さのほぼ中心に周波数変化の方向が異なる境界が存
在することを見出した。そして、これらの知見に基づき、発明者は本発明を創出するに至
った。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、以下の説明
に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の寸法の割合を適宜
変更している。
（第１の実施形態）

図３は本実施形態の振動片の構成を示し、図３（ａ）は概略平面図であり、図３（ｂ）
は同図（ａ）のＡ−Ａ断線に沿う概略断面図、図３（ｃ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ断線に沿
う概略断面図である。
振動片１は直交座標系でＸＹ平面に展開したときに、Ｚ方向を厚みとする形態である。
振動片１は３本の振動腕１１，１２，１３を有し、振動腕１１，１２，１３はＸ方向（第
２軸方向）に並列されると共に、Ｙ方向（第１軸方向）に互いに平行に延在している。そ
して、振動腕１１，１２，１３は基部１５に連結され、各振動腕１１，１２，１３が片持
ち構造となる振動片１を構成している。このとき基部１５はＹ方向（第１軸）とＹ方向（
第１軸）に直交するＸ方向（第２軸）とを含む平面（ＸＹ平面）上に形成されているとも
言える。

振動腕１１，１２，１３の基部１５に近い位置にはそれぞれ圧電素子６１，６２，６３
が形成されている。
振動腕１１に形成された圧電素子６１は、図３（ｂ）に示すように、振動腕１１の厚み
を規定する対向する面（Ｚ方向に垂直な面）の一方の面側に設けられている。そして圧電
素子６１は、下部電極２１、圧電膜３１、上部電極４１が積層されて形成されている。な
お、図示しないが圧電膜３１と上部電極４１との間に絶縁膜を形成しても良い。

このようにして、圧電膜３１を挟んで下部電極２１と上部電極４１とが対向することで
圧電素子６１が形成され、各電極間に正負の電圧をかけることで圧電膜が圧縮または伸長
することが可能である。そして、圧電膜が圧縮または伸長することで、振動腕１１をＺ方
向に変位させることができる。
同様に、振動腕１２，１３に形成された圧電素子６２，６３は、振動腕１１の厚みを規
定する対向する面の一方の面側に下部電極２２，２３、圧電膜３２，３３、上部電極４２
，４３が積層されて形成されている。

また、下部電極２１，２２，２３および上部電極４１，４２，４３は振動片１の基部１
５に引き出され、収容器などの基台に固定されて電気的導通が図られるマウント電極４５
，４６に接続されている。また、下部電極２１，２３と上部電極４２とを繋ぐ接続部４７
が設けられ、さらに、下部電極２２と上部電極４１，４３とを繋ぐ接続部４８が設けられ
、圧電素子６１，６３と圧電素子６２との極性が逆になるように構成されている。このよ
うに構成することにより、振動腕１１，１３が＋Ｚ方向に振動する場合に、振動腕１２は
−Ｚ方向に振動する。

図３（ｃ）に示すように、振動腕１１の圧電素子６１が形成された面と同じ面には、第
１質量部５１が設けられている。この第１質量部５１は金（Ａｕ）膜で形成されている。
なお、金膜は基材との密着力を強くするために、下地にクロム（Ｃｒ）膜などの下地層を
形成しても良い。また、金膜に代えてアルミニウム（Ａｌ）膜などの金属膜を採用しても
よい。
この第１質量部５１は、振動腕１１の周波数を調整するために設けられ、金膜の一部を
除去することで振動腕１１の周波数が調整される。そして、第１質量部５１は、振動腕１
１のほぼ中心に形成されている。

次に振動腕に配置される第１質量部５１の位置について詳しく説明する。
図４は周波数の調整範囲（調整量）と振動腕の全長Ｌに対する第１質量部の基部からの
位置に関するグラフである。このグラフは図２で説明したグラフと同じものであり、第１
質量部として金膜を形成したときのデータである。
このグラフによれば、振動腕に形成した金膜を先端側から削除していくと、周波数は順
次高くなるように変化し、振動腕のほぼ中央（０．５Ｌ）で周波数の変化がゼロになる。
そして、さらに金膜を基部に向かって除去していくと、今度は周波数が低くなるように変
化していく。また、周波数の変化量は中央（０．５Ｌ）に近いほど小さくなっている。こ
のように、振動腕の長さの中心を境にして、振動腕の先端側では錘効果が支配的になり、
金属膜の除去により周波数は高くなる方向に変化する。また、振動腕の長さの略中心から
振動腕の基部側では厚み効果が支配的になり、金属膜の除去により周波数は低くなる方向
に変化する。この現象を利用して、例えば、第１質量部５１を振動腕１１の全長Ｌに対し
て、基部１５から０．３０Ｌ以上、０．６５Ｌ以下の範囲の少なくとも一部に設け、０．
３０Ｌ以上、０．６５Ｌ以下の範囲内にある金膜を除去することで周波数変化量が±１０
００ｐｐｍの周波数調整が可能である。また、基部１５から０．４２Ｌ以上、０．５７Ｌ
以下の範囲の少なくとも一部に設け、０．４２Ｌ以上、０．５７Ｌ以下の範囲内にある金
膜を除去することで周波数変化量が±２００ｐｐｍの周波数調整が可能である。
本実施形態では基部１５から０．４２Ｌ以上、０．５７Ｌ以下の範囲に第１質量部５１
が設けられている。

そして、振動腕１２，１３においても振動腕１１と同様に第１質量部５２，５３が設け
られている。
さらに、図３（ａ）に示すように、振動腕１１，１２，１３の第１質量部５１，５２，
５３が形成された同一面であり、その先端部に粗調用の第２質量部５５，５６，５７が設
けられている。粗調用の第２質量部５５，５６，５７は第１質量部５１，５２，５３と同
様に金膜で形成されている。なお、粗調用の第２質量部５５，５６，５７と第１質量部５
１，５２，５３との間にも金属膜を配置して両者が繋がった形態としてもよい。

この振動腕の先端部に形成された粗調用の第２質量部５５，５６，５７では、図４に示
すように、この金膜を除去することによる周波数の変化量が大きく、調整量の多い振動片
の粗調用の周波数調整として利用できる。このように、振動腕１１，１２，１３の先端部
を粗調用の質量部とし、略中心を微調用の質量部とすることで、短時間に効率よく振動片
１の周波数調整が可能である。
この粗調用の第２質量部５５，５６，５７は振動片１の調整量が少ない場合には、必ず
しも必要ではなく、第１質量部５１，５２，５３だけで周波数の調整が可能である。例え
ば、基部１５から０．３０Ｌ以上、０．６５Ｌ以下の範囲に第１質量部５１，５２，５３
を設けて、周波数の調整量として±１０００ｐｐｍの加工ができる。

以上説明したように本実施形態は、面外振動をおこなう振動片において、振動腕の長さ
のほぼ中心に周波数変化の正負の方向が異なる境界が存在することを見出し、振動腕の周
波数を微調整するための第１質量部を振動腕の全長Ｌに対しほぼ中心に設けることで、精
度の高い周波数の微調整が可能となる。

なお、下部電極および上部電極は金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）
などの金属材料を利用できる。また、下部電極および上部電極は下地との密着強度を向上
させるために下地との間にクロム（Ｃｒ）膜を備えても良い。圧電膜としては、ＺｎＯ、
ＡｌＮ、ＰＺＴ、ＬｉＮｂＯ₃、ＫＮｂＯ₃などの材料を使用することができるが、特にＺ
ｎＯ、ＡｌＮがより良好な特性が得られ好ましい。絶縁膜はＳｉＯ₂、ＳｉＮなどが用い
られる。
振動片１は水晶またはシリコンなどの基材を用いて形成されている。そして、振動片１
の基材として水晶を用いる場合には、Ｘカット板、ＡＴカット板、Ｚカット板などを利用
することができる。
また、上記実施例では、第１質量部５１，５２，５３、および粗調用の第２質量部５５
，５６，５７を振動腕の第１面側に形成しているが、これに限らず、第１質量部および第
２質量部は、振動腕の第２面側に形成しても良いし、振動腕の第１面側および第２面側の
両方に形成しても良い。

次に、以上のような振動片における周波数調整の方法の一例について説明する。
図５は振動片における周波数調整の手順を説明する模式図である。なお、図中では圧電
素子、配線などは省略して表している。
図５（ａ）に示すように、振動片１の各振動腕１１，１２，１３には粗調用の第２質量
部と微調用の第１質量部とが設けられている。振動腕１１，１２，１３の先端側が粗調用
の第２質量部５５，５６，５７であり、振動腕１１，１２，１３の略中心が微調用の第１
質量部５１，５２，５３である。
なお、振動片１の周波数は調整前において、目標とする周波数に対して低くなるように
設定されている。

まず、図５（ｂ）に示すように、各振動腕１１，１２，１３の粗調用の第２質量部５５
，５６，５７の金属膜にレーザー光を照射して、その一部を除去する。
レーザー光の照射は各振動腕１１，１２，１３を横断するように、Ｘ方向に連続して照
射が行われ、ライン状に金属膜が除去され、粗調用の第２質量部５５，５６，５７にレー
ザー加工線５９が形成される。このレーザー光の照射は、振動片１の周波数が所望の周波
数範囲になるまで繰り返され、金属膜の除去により振動片１の周波数は高くなるように調
整される。また、粗調後の周波数は、目標とする周波数に対して低くなるように設定され
ている。

次に、振動片１の粗調が終了すると、図５（Ｃ）に示すように、各振動腕１１，１２，
１３の微調整用の第１質量部５１，５２，５３の金属膜にレーザー光を照射して、その一
部を除去する。
レーザー光の照射は第１質量部５１，５２，５３の基部１５とは反対側の部分から行わ
れる。これは、第１質量部５１，５２，５３の基部１５とは反対側の部分では錘効果が支
配的な部分であり、金属膜を除去することで振動片１の周波数が高くなる方向に調整でき
るためである。
レーザー光の照射は各振動腕１１，１２，１３を横断するように、Ｘ方向に連続して照
射が行われ、ライン状に金属膜が除去され、微調用の第１質量部５１，５２，５３にレー
ザー加工線５９が形成される。このレーザー光の照射は、振動片１の周波数が目標の周波
数になるまで繰り返されて終了する。

ここで、例えば、第１質量部５１，５２，５３にレーザー光を照射して、周波数が高く
なるように調整するが、金属膜を除去しすぎて周波数が目標の周波数より高くなってしま
う場合がある。このときには、第１質量部５１，５２，５３の基部１５側の部分にレーザ
ー光を照射して周波数調整を行う。これは、第１質量部５１，５２，５３の基部１５側の
部分では厚み効果が支配的な部分であり、金属膜を除去することで振動片１の周波数が低
くなる方向に調整できるためである。
このように、振動片１の周波数を高くする方向だけでなく、周波数を低くすることがで
きるため、周波数を精度良く調整することができる。

また、他の周波数調整方法として、粗調用の第２質量部５５，５６，５７にて、目標と
する周波数を狙って周波数調整を行い、その後、微調用の第１質量部５１，５２，５３に
おいて周波数調整を行う。微調では、振動片１の周波数が目標とする周波数に対して高い
か低いかを判断して、周波数が低い場合には基部１５とは反対側の第１質量部５１，５２
，５３の金属膜を除去し、周波数が高い場合には基部１５側の第１質量部５１，５２，５
３の金属膜を除去する。このような方法でも振動片１の周波数調整を行うことができる。

なお、第１質量部の金属膜をライン状に除去したが、間隔をあけてドット状に除去して
もよい。
また、振動片１を収容器にマウントした場合、回路容量などにより周波数が変化するた
め、収容器に振動片１をマウントした後に周波数調整を行うのがより好ましい。

以上、本実施形態の面外振動を行う振動片１は、振動腕１１，１２，１３の全長Ｌのほ
ぼ中心に第１質量部５１，５２，５３が形成されている。この振動腕１１，１２，１３の
中心では質量の増減により周波数が増減する錘効果と、振動腕１１，１２，１３の厚みに
より周波数が増減する厚み効果との境界が存在する。例えば、金属膜などを除去した場合
、錘効果が支配的な部分では周波数は高く調整され、厚み効果が支配的な部分では周波数
は低く調整される。

このように、この振動腕１１，１２，１３の中間部では振動片１の周波数を＋側（高く
）、−側（低く）に調整することができ、その金属膜除去による周波数の変化量は小さく
、精度の高い周波数調整が可能である。
さらに、このように振動腕１１，１２，１３のＸＹ平面に形成された第１質量部５１，
５２，５３にて周波数の調整ができるので、従来のように振動腕１１，１２，１３の側面
を加工することなく周波数調整が容易で、また、振動片１の小型化が可能である。

なお、第１質量部を振動腕の圧電素子を形成した面と同じ面に形成したが、対向する反
対の面に形成しても良い。
さらに、本実施形態では金属膜を除去する方法にて説明したが、金属膜を付加する方法
でも振動片の周波数調整が可能である。
（変形例）

次に、第１の実施形態の第１質量部における金属膜の構成の変形例について説明する。
図６は第１質量部の変形例における金属膜の構成を示し、図６（ａ）は変形例を示す平
面図、図６（ｂ）は同図（ａ）のＣ−Ｃ断面図、図６（ｃ）は第２変形例を示す平面図、
図６（ｄ）は同図（ｃ）のＤ−Ｄ断面図、図６（ｅ）は第３の変形例を示す平面図、図６
（ｆ）は同図（ｅ）のＥ−Ｅ断面図である。なお、図６では一つの振動腕について表し、
他の２本の振動腕についても同様の構成とする。

変形例として、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、振動腕１１の中間部に第１質量部５
１ａが形成され、第１質量部５１ａの金属膜は振動腕１１の延びる方向（Ｙ方向）に多数
の溝部５４が形成されスリットが形成されている。
また、第２の変形例として、図６（ｃ）、（ｄ）に示すように、振動腕１１の中間部に
第１質量部５１ｂが形成され、第１質量部５１ｂの金属膜は振動腕１１の幅方向（Ｘ方向
）に多数の溝部５４が形成されスリットが形成されている。

このように、第１質量部５１ａ，５１ｂにスリットが形成されていることから、同じ面
積の金属膜の除去に対して周波数の変化量が少なく、精度の高い微調を可能とする。
また、スリットを形成する方向は上記に限らず、斜め方向のスリットであっても良い。

さらに、第３の変形例として、図６（ｅ）、（ｆ）に示すように、振動腕１１の中心に
第１質量部５１ｃ，５１ｄが形成され、第１質量部５１ｃ，５１ｄの金属膜は振動腕の幅
方向（Ｘ方向）と長さ方向（Ｙ方向）に多数のブロックに形成しても良い。なお、図示の
ように第１質量部５１ｄを第１質量部５１ｃよりも小さく形成することにより周波数調整
量によって任意に質量部を選択することができる。
（第２の実施形態）

次に、第２の実施形態として、上記で説明した振動片を備えた振動子について説明する
。
図７は振動子の構成を示し、図７（ａ）は概略平面図、図７（ｂ）は同図（ａ）のＧ−
Ｇ断線に沿う概略断面図である。
振動子５は、第１の実施形態の振動片１と、収容器としてのセラミックパッケージ８１
と、蓋体８５を備えている。
セラミックパッケージ８１は、振動片１を収納できるように凹部が形成され、その凹部
には振動片１のマウント電極と接続される接続パッド８８が設けられている。接続パッド
８８はセラミックパッケージ８１内の配線に接続され、セラミックパッケージ８１の外周
部に設けられた外部接続端子８３と導通可能に構成されている。
また、セラミックパッケージ８１の凹部の周囲にはシームリング８２が設けられている
。さらに、セラミックパッケージ８１の底部には貫通穴８６が設けられている。

振動片１は、セラミックパッケージ８１の接続パッド８８に導電性接着剤８４を介して
接着固定され、セラミックパッケージ８１の凹部を覆う蓋体８５とシームリング８２とが
シーム溶接されている。セラミックパッケージ８１の貫通穴８６には金属材料の封止材８
７が充填されている。この封止材８７は、減圧雰囲気内で溶融させられ、セラミックパッ
ケージ８１内が減圧状態となるように気密に封止されている。
このように、振動子５は周波数調整が容易でしかも、精度よく周波数調整が行える振動
片１を備えており、周波数精度に優れた振動子５を提供できる。
（第３の実施形態）

次に、第３の実施形態として、上記で説明した振動片を備えた発振器について説明する
。
図８は発振器の構成を示し、図８（ａ）は概略平面図、図８（ｂ）は同図（ａ）のＨ−
Ｈ断線に沿う概略断面図である。
発振器６は上記振動子５の構成に回路素子としてのＩＣチップをさらに備えた点が異な
る。このため、振動子５と同じ構成については、同符号を附し説明を省略する。
発振器６は第１の実施形態の振動片１と、収容器としてのセラミックパッケージ８１と
、蓋体８５と、回路素子としてのＩＣチップ９１と、を備えている。
ＩＣチップ９１は、振動片１を励振させる発振回路を含み、セラミックパッケージ８１
の底部に固着され、金線などの金属ワイヤー９２により他の配線と接続されている。

このように、発振器６は周波数調整が容易でしかも、精度よく周波数調整が行える振動
片１を備えており、周波数精度に優れた発振器６を提供できる。
（第４の実施形態）

次に、第４の実施形態として、上記で説明した振動片を用いた電子機器について説明す
る。なお、図示は省略する。
上述した振動片１は、携帯電話、電子ブック、パーソナルコンピューター、テレビ、デ
ジタルスチールカメラ、ビデオカメラ、ビデオレコーダー、カーナビゲーション装置、ペ
ージャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、Ｐ
ＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器などの基準クロック発振源などとして好適に用いる
ことができ、いずれの場合にも上述した各実施形態および変形例で説明した効果を奏する
電子機器を提供することができる。

１…振動片、５…振動子、６…発振器、１１，１２，１３…振動腕、１１ａ，１２ａ，
１３ａ…第１面、１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ…第２面、１５…基部、２１，２２，２３…下
部電極、３１，３２，３３…圧電膜、４１，４２，４３…上部電極、４５，４６…マウン
ト電極、４７，４８…接続部、５１，５２，５３…第１質量部、５４…溝部、５５，５６
，５７…粗調用の第２質量部、５９…レーザー加工線、６１，６２，６３…圧電素子、８
１…収容器としてのセラミックパッケージ、８２…シームリング、８３…外部接続端子、
８４…導電性接着剤、８５…蓋体、８６…貫通穴、８７…封止材、８８…接続パッド、９
１…回路素子としてのＩＣチップ、９２…金属ワイヤー。

Claims (12)

1. 第１軸と該第１軸に直交する第２軸とを含む平面上に設けられた基部と、
   前記基部から第１軸方向に延びる振動腕と、
   前記振動腕の共振周波数を調整する第１質量部と、を有し、
   前記振動腕は前記平面に対し垂直方向に屈曲振動し、屈曲振動により圧縮または伸長す
   る第１面と、前記第１面が圧縮したときに伸長し前記第１面が伸長したときに圧縮する第
   ２面とを、有し、
   前記第１質量部は前記第１面および前記第２面の少なくとも一方の面であって、前記振
   動腕の基部側の端部から先端部までの長さの略中心に設けられたことを特徴とする振動片
   。
2. 請求項１に記載の振動片において、
   前記第１質量部に金膜を用いたことを特徴とする振動片。
3. 請求項２に記載の振動片において、
   前記第１質量部にスリットが設けられたことを特徴とする振動片。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の振動片において、
   前記第１質量部が振動腕の全長Ｌに対して、基部側の端部から０．３０Ｌ以上、０．６
   ５Ｌ以下の範囲の少なくとも一部に設けられたことを特徴とする振動片。
5. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の振動片において、
   前記第１質量部が振動腕の全長Ｌに対して、基部側の端部から０．４２Ｌ以上、０．５
   ７Ｌ以下の範囲の少なくとも一部に設けられたことを特徴とする振動片。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の振動片において、
   前記振動腕の先端部の前記第１面および前記第２面の少なくとも一方の面にさらに共振
   周波数を調整する第２質量部が設けられたことを特徴とする振動片。
7. 第１軸と該第１軸に直交する第２軸とを含む平面上に形成される基部と、
   前記基部から第１軸方向に延びる振動腕と、
   前記振動腕の共振周波数を調整する第１質量部と、を有し、
   前記振動腕は前記平面に対し垂直方向に屈曲振動し、屈曲振動により圧縮または伸長す
   る第１面と、前記第１面が圧縮したときに伸長し前記第１面が伸長したときに圧縮する第
   ２面とを、有し
   前記第１質量部は前記第１面および前記第２面の少なくとも一方の面であって、前記振
   動腕の基部側の端部から先端部までの長さの略中心に形成されている振動片を用意する工
   程と、
   前記第１質量部の質量を変化させることにより前記振動腕の共振周波数を調整する微調
   工程と、を有する周波数調整方法。
8. 請求項７に記載の前記周波数調整工程において、
   前記振動片の周波数は、前記微調工程前において目標の周波数に対して低くなるように
   設定され、前記振動腕の前記第１軸方向の長さの略中心に対し先端部側に形成された前記
   第１質量部から質量を減少させることを特徴とする周波数調整方法。
9. 請求項７または８に記載の前記周波数調整工程において、
   前記第１質量部に金膜を用い、前記金膜をレーザーで除去することにより前記第１質量
   部の質量を減少させることを特徴とする周波数調整方法。
   
   
10. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の振動片と、
    前記振動片を収納したパッケージと、
    を備えることを特徴とする振動子。
11. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の振動片と、
    前記振動片に接続された回路素子と、
    を備えることを特徴とする発振器。
12. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の振動片を用いたことを特徴とする電子機器。

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