JP2012122741A - 振動片、振動子、センサーおよび電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】振動片の小型化に伴う、電極や配線を形成する際の負担を軽減すること。
【解決手段】振動片１００は、基部１０と、基部１０から、第１方向（Ｘ軸方向）に延出し、平面視において第１方向に垂直な第２方向（Ｙ軸方向）に幅ｗを有し、且つ、第１方向および第２方向に垂直な第３方向（Ｚ軸方向）に厚みｔを有する振動腕２０と、振動腕２０の第３方向に垂直な第１面Ａおよび第１面Ａに対向する第２面Ｂに設けられ、第１方向に電極指を配列してなる第１櫛歯電極（第１電極４１ａ、第２電極４１ｂ）、第２櫛歯電極（第１電極４１ｃ、第２電極４１ｄ）と、を含み、両櫛歯電極によって生じる第１方向の電界（Ｅｘ１，Ｅｘ２）により、振動腕２０に第１方向の伸縮を生じさせて、振動腕２０を第３方向に振動させることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動片、振動子、センサーおよび電子機器に関する。

振動片は、振動子やセンサー素子等の構成要素となる振動部材であり、例えば、基部と、その基部に連接（連結）される振動腕（振動ビーム）と、を有する。

例えば、圧電体（圧電材料）である水晶に電圧（電界）を印加すると、水晶に変形が生じる。水晶は、その固有振動数に近い、ある特定の周波数帯でのみコイルのような誘導性リアクタンス特性を発現する。
この原理を応用した電子部品が水晶振動子である。水晶振動子は、水晶振動片をパッケージに収容し、例えばパッケージ内を真空封止することによって製造される。水晶振動子は、例えば、発振回路の構成部品として使用される。

また、振動腕の両端が基部により支持される両持ち構造の振動片（例えば、双音叉型振動片）は、物理量（加速度、圧力等）を検出するためのセンサー素子（例えば力検知素子）としても利用することができる。
水晶は、優れた温度安定性と高いＱ値を有することから、水晶振動子を用いることによって、高精度且つ高安定性を備えた信頼性の高いセンサーが実現される。

振動子の一例は、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載される振動子では、振動片は、振動片の幅の方向（振動片が第１方向に延在するとした場合、同一面内で第１方向に垂直な第２方向）に振動する。
また、振動片において櫛歯電極を使用する例は、例えば、特許文献２および特許文献３に記載されている。特許文献２および特許文献３に記載されている櫛歯電極は、ジャイロセンサー用の駆動電極と検出電極とを兼ねる特殊な形状の電極であり、且つ、圧電単結晶の所定部分の分極方向を、圧電単結晶全体の分極方向とは逆にする（反転させる）ことを容易化できる形状となっている。

また、近年、ＭＥＭＳ技術等を用いて、振動片のサイズを大幅に縮小することが検討されている。

特開２００１−１４４５８１号公報 特開２００４−１５１０３１号公報 特開２００３−１１４１２７号公報

振動子の構成要素である振動片の振動腕が、その振動腕の幅（横幅）の方向に振動する場合（特許文献１に記載される例）における共振周波数は、下記（１）式で表される。

共振周波数ｆｎを一定に保つという条件の下で、振動腕の腕長ｌを短くして振動片の小型化を行う場合、上記の式（１）より、振動腕の幅（腕幅）ｗを小さくする必要がある。腕幅ｗを小さくする場合、各電極の幅や電極間の間隔が狭くなる。
したがって、電極の形成が困難となる場合があり、また、歩留まりが低下する場合もある。この点は、上記特許文献１〜特許文献３の各々に記載される振動片に共通する課題である。

また、特許文献２および特許文献３に記載される特殊な形状の櫛歯電極の場合、振動腕の腕幅ｗをより小さくしていくと、振動腕の延在方向の電界よりも、振動腕の幅方向の電界が支配的となり、電界効率が低下して、ＣＩ値（クリスタルインピーダンス値）の上昇を招くという不都合も生じる。

本発明の少なくとも一つの態様によれば、振動片の小型化に伴う、電極や配線を形成する際の負担を軽減することができる。

（１）本発明の振動片の一態様は、基部と、前記基部から、第１方向に延出し、平面視において前記第１方向に垂直な第２方向に幅を有し、且つ、前記第１方向および前記第２方向に垂直な第３方向に厚みを有する振動腕と、前記振動腕の前記第３方向に垂直な第１面および前記第１面に対向する第２面の少なくとも一方に設けられ、前記第１方向に電極指が配列された櫛歯電極と、を含み、前記櫛歯電極によって生じる前記第１方向の電界により、前記振動腕に前記第１方向の伸縮を生じさせて、前記振動腕を前記第３方向に振動させることを特徴とする。

本態様では、振動片の振動腕は、所定面に垂直な第３方向（面外方向：振動腕の厚み方向）に振動する。つまり、振動腕に、ウォークモードの振動を励振する。この場合の振動片の共振周波数は、下記（２）式で表される。

上記（２）式から明らかなように、共振周波数を一定に保つことを条件として振動腕の腕長ｌを縮小した場合には、振動腕の厚みｔを小さくすればよい。これによって、無理のない振動腕のダウンサイジングが実現される。
振動腕の厚みｔは、例えば、振動片を構成する圧電材料板の厚みを調整することによって、振動腕の腕幅ｗよりも高精度に制御することができる。
また、櫛歯電極（ＩＤＴ（interdigital transducer）電極）によって、振動腕を面外方向に励振するための、振動腕の延出方向（第１方向）に沿った電界を生じさせることができる。

（２）本発明の振動片の他の態様では、前記振動腕の前記幅をｗとし、前記厚みをｔとしたとき、ｗ＞ｔであることを特徴とする。

（１）の態様により、振動腕の腕幅ｗは、腕長ｌのスケールダウンに対応して縮小する必要はなくなる。このことから、振動腕の腕幅ｗは、例えば、電極や配線を信頼性高く形成することができる程度のサイズに維持することができる。よって、振動腕の幅（腕幅）ｗ＞振動腕の厚みｔを成立させることができる。
これにより、振動腕の厚みｔを薄くしつつ、振動腕の腕幅ｗを適切な大きさに設定することができることから、配線や電極の形成不良（断線、接触等）の心配がなくなる。よって、振動片の小型化に伴う、電極や配線を形成する際の負担を軽減することができる。

また、振動腕の厚みｔは高精度に制御可能であることから、振動片の共振周波数を高精度に調整することもできる。例えば、圧電単結晶（水晶等）から振動片の基材となる圧電材料板を切り出すときに、圧電材料板の厚みｔを調整することができ、また、圧電材料板を切り出した後の研磨等によっても厚みｔを調整することができる。
いずれの場合でも、圧電材料板の表面（第１面）と裏面（第２面）との平行度は高く、また、厚みｔ自体も高精度に制御することができる。

（３）本発明の振動片の他の態様では、前記振動片には水晶が用いられ、前記第１方向は水晶結晶軸のＸ軸方向であり、前記第２方向は水晶結晶軸のＹ軸方向であり、前記第３方向は水晶結晶軸のＺ軸方向であることを特徴とする。

本態様では、振動片には、圧電材料板である水晶が用いられ、Ｚ面（水晶結晶軸のＸ軸とＹ軸とで特定される面）を含む面内に垂直な方向（第３方向、水晶結晶軸のＺ軸方向）に面外振動する。この面外振動は、水晶に備わる第１方向（Ｘ軸方向、振動腕の延出方向）の歪みを生じさせる圧電定数（Ｘ軸方向の電界に対しＸ軸方向の歪みＳｘを生じさせる圧電定数ｄ１１）を利用して励振することができる。

（４）本発明の振動片の他の態様では、前記櫛歯電極は、前記電極指の一方の側に隣接する他の前記電極指との間の距離をＬ１とし、前記電極指の他方の側に隣接する他の前記電極指との間の距離をＬ２としたときに、前記Ｌ２は前記Ｌ１よりも大きいことを特徴とする。

本態様では、櫛歯電極が、例えば、互いに所定距離だけ離れて対向して配置される一対の電極指からなる第１対向部分と、この第１対向部分に隣接し、且つ、互いに所定距離だけ離れて対向して配置される一対の電極指からなる第２対向部分と、を有した場合を想定する。
第１対向部分および第２対向部分の各々において、対向する一対の電極指間に電界（有効電界）が生じ、この電界（有効電界）が振動腕に加えられる。一方、第１対向部分の第２対向部分側の電極指と、第２対向部分の第１対向部分側の電極指との間にも電界（無効電界）が生じる。
このとき、第１対向部分および第２対向部分の各々において生じる有効電界の方向と、第１対向部分と第２対向部分との間に生じる無効電界の方向とが逆である場合、有効電界の一部が無効電界によって打ち消されるという不都合が生じる。

このため、本態様では、第１対向部分および第２対向部分の各々における電極指間の距離、換言すれば、１つの電極指の一方の側に隣接する他の電極指との間の距離Ｌ１よりも、第１対向部分と第２対向部分との間の距離、換言すれば、１つの電極指の他方の側に隣接する他の電極指との間の距離Ｌ２を大きく設定する。
これによって、第１対向部分と第２対向部分との間に生じる無効電界による有効電界の打ち消し現象を軽減することができる。

（５）本発明の振動片の他の態様では、前記振動腕の基部端付近の前記電極指の一方の側に隣接する他の前記電極指との間の距離をＬ１とし、前記電極指の他方の側に隣接する他の前記電極指との間の距離をＬ２とし、前記Ｌ２は前記Ｌ１よりも大きく、前記振動腕の先端部付近の前記電極指の一方の側に隣接する他の前記電極指との間の距離をＬ３とし、前記電極指の他方の側に隣接する他の前記電極指との間の距離をＬ４としたときに、前記Ｌ４は前記Ｌ３よりも大きく、且つ、前記Ｌ４は前記Ｌ２よりも大きいことを特徴とする。

振動腕に面外振動を生じさせるためには、振動腕の第１面（表面）および第２面（裏面）の少なくとも一方において、収縮（圧縮）や伸張（引っ張り）の応力（歪み）を生じさせる必要がある。
振動腕は、固定端である基部を基準として第３方向に振動することから、振動腕の屈曲に最も有効な歪みは、基部に近い箇所における歪みである。
これにより、基部から遠い箇所（先端部付近）の歪みは振動腕の屈曲に与える影響が小さい。

この考察に基づいて、本態様では、櫛歯電極に含まれる電極指間の間隔を、基部からの距離に応じて変化させる。つまり、基部端付近の電極指間の間隔Ｌ２よりも、先端部付近の電極指間の間隔Ｌ４を大きく設定する。
このようにすれば、振動腕の延出方向に沿って配置される前述の対向部分の数を、各対向部分を等間隔で配置する場合に比べて減少させることができる。このことは、振動腕に発生する電界の総量が減ることを意味し、よって、消費電力の削減の効果が得られる。
一方、基部から遠い箇所における電界が減少したとしても、その電界が振動腕の屈曲に寄与する程度は小さいことから、振動腕には、必要な振幅の面外振動を生じさせることができる。

（６）本発明の振動片の他の態様では、前記櫛歯電極は、前記第１面および前記第２面に設けられ、前記第１面に設けられた第１櫛歯電極と、前記第２面に設けられた第２櫛歯電極とは、前記電界の方向が互いに逆であることを特徴とする。

この構成によれば、第１面に設けられた第１櫛歯電極と、第２面に設けられた第２櫛歯電極とは、発生する電界の方向が互いに逆であることから、発生する歪みの方向も互いに逆となる。
これにより、本態様では、振動片の面外振動（第３方向、Ｚ軸方向のウォークモードの振動）を効率的に励振することができる。

（７）本発明の振動片の他の態様では、前記第１櫛歯電極および前記第２櫛歯電極は、前記第３方向からの平面視において、極性の異なる前記電極指が互いに重ならないことを特徴とする。

この構成によれば、第１櫛歯電極および第２櫛歯電極は、第３方向からの平面視において、極性の異なる電極指が互いに重ならないことから、第３方向に沿った不要電界の発生を抑制することができる。

（８）本発明の振動片の他の態様では、前記振動腕の前記第１面および前記第２面の少なくとも一方には凸部が設けられ、前記凸部の前記第１方向と直交する両側面の各々には、前記櫛歯電極を構成する前記電極指が設けられたことを特徴とする。

この構成によれば、凸部の第１方向と直交する両側面の各々に電極指が設けられたことから、第１方向以外の電界が減少し、より効率的に面外振動を励振することができる。
また、空間を挟んで隣接する各凸部間に生じる無効電界は、空気の誘電率が、振動腕の材料（水晶や石英）等の誘電率よりも小さいことから弱められる。
よって、無効電界による有効電界の打ち消し現象を効果的に低減することができる。この点も効率的な面外振動の励振に寄与する。

（９）本発明の振動片の他の態様では、前記振動腕が、複数本設けられたことを特徴とする

この構成によれば、複数本の振動腕を設けて、各振動腕を、例えば力学的なバランスがとれるように振動させることによって、振動腕の面外振動をより安定化させることができる。

（１０）本発明の振動片の他の態様では、前記基部は、第１基部と第２基部とを含み、前記振動腕の一端と前記第１基部とを連結し、前記振動腕の他端と前記第２基部とを連結したことを特徴とする。

この構成によれば、振動片は、振動腕の両端が各基部に支持される両持ち構造の振動片となる。この両持ち構造の振動片は、例えば、加速度センサーや圧力センサーの構成要素として好適に用いることができる。

（１１）本発明の振動子の一態様は、上記態様のいずれかに記載の振動片と、前記振動片を収容した収容体と、を含むことを特徴とする。

この構成によれば、本態様は、上記態様のいずれかに記載の振動片を含むことから、小型で、高精度の発振が可能な振動子を実現することができる。

（１２）本発明のセンサーの一態様は、上記態様のいずれかに記載の振動片を含むことを特徴とする。

この構成によれば、本態様は、上記態様のいずれかに記載の振動片を含むことから、小型で、高精度の発振が可能な振動片を使用した、小型で且つ高精度なセンサー（圧力センサーや加速度センサー等）を実現することができる。
例えば、弾性部であるダイヤフラムに両持ち構造の振動片の両端を固定することによって、圧力センサーを形成することができる。
また、質量部（錘部）に両持ち構造の振動片の一端を固定することによって、加速度センサーを形成することができる。

（１３）本発明の電子機器の一態様は、上記態様のいずれかに記載の振動片を含むことを特徴とする。

この構成によれば、本態様は、上記態様のいずれかに記載の振動片を含むことから、例えば、小型で且つ高精度なセンサーを備えた電子機器を提供することができる。

（Ａ）〜（Ｄ）は、振動片の構成と動作の一例の説明図。 （Ａ）〜（Ｃ）は、櫛歯電極の構成例を示す図。 振動腕における面外振動の励振についての説明図。 櫛歯電極の他の構成例を示す図。 櫛歯電極の別の構成例を示す図。 （Ａ）、（Ｂ）は、複数の振動腕を設けた例を示す図。 振動片を用いた振動子の製造工程の一例を示す図。 （Ａ）、（Ｂ）は、両持ち構造の振動片における面外振動、電極配置例についての説明図。 （Ａ）〜（Ｃ）は、両持ち構造の振動片の構成例を示す図。 （Ａ）、（Ｂ）は、３本の振動腕を有する双音叉型振動片における電極および配線の配置例を示す図。 （Ａ）、（Ｂ）は、双音叉型振動片を用いた加速度センサー素子および加速度センサーの構造の一例を示す図。

（第１実施形態）
（面外振動を利用した振動片の構造例および動作例）
図１（Ａ）〜図１（Ｄ）は、第１実施形態にかかる振動片の構成と動作の一例の説明図である。
図１（Ａ）に示すように、振動片１００は、基部１０と、基部１０から、所定面内（Ｘ軸とＹ軸とで特定されるＸＹ面内）で、第１方向（Ｘ軸方向）に延出する振動腕２０と、を有する。

振動片１００は、例えば、圧電材料板により形成される。本実施形態では、水晶結晶のＺ板（略Ｚ板を含む）を使用して形成される。上記の所定面（ＸＹ面）は、例えば、水晶のＺ面を含む面である。以下、水晶のＺ板を用いる場合を例にとって説明する。

振動腕２０は、平面視において第１方向（水晶結晶軸のＸ軸方向）に垂直な第２方向（水晶結晶軸のＹ軸方向）に所定の幅ｗを有し、且つ、第１方向および第２方向の各々に垂直な方向の第３方向（水晶結晶軸のＺ軸方向）に所定の厚みｔを有する。
そして、振動腕２０における第２方向の幅（腕幅）ｗと第３方向の厚みｔに関して、ｗ＞ｔなる関係が成立する。

本実施形態では、振動腕２０は、第３方向に振動する。つまり、振動腕２０は、所定面に垂直な方向に面外振動する。
この面外振動は、圧電材料としての水晶が有する、第１方向（Ｘ軸方向）の電界に対し第１方向の歪みＳｘを生じさせる圧電定数ｄ１１を利用して励振される。

図１（Ｂ）は、水晶板の圧電定数と電界と歪みとの関係を示す図である。
図１（Ｂ）に示すように、水晶板（Ｚ板）は、第１方向（Ｘ軸方向）の電界Ｅｘに関して、第１方向の歪みＳｘを生じさせる圧電定数ｄ１１（＋２．３０８５０８２３）と、第２方向（Ｙ軸方向）の歪みＳｙを生じさせる圧電定数ｄ１２（−２．３０８５０８２３）とを有している。
歪みＳｘに対応する圧電定数ｄ１１の符号は＋であることから、正の第１方向（＋Ｘ軸方向）に電界＋Ｅｘが生じたときに、伸張応力（引っ張り応力）が生じる。歪みＳｘに対応する圧電定数ｄ１１の値は十分に大きいことから、この圧電定数ｄ１１を利用して振動腕２０に、所望の面外振動を励振させることができる。

詳述すると、図１（Ａ）に示すように、振動腕２０は、＋Ｘ軸方向の電界＋Ｅｘが生じたときに、歪みＳｘにより伸張応力が生じ、破線矢印Ｇｘで示すように先端が−Ｚ軸方向に変位するように屈曲する。
一方、振動腕２０は、−Ｘ軸方向の電界−Ｅｘが生じたときに、歪みＳｘにより収縮応力（圧縮応力）が生じ、矢印−Ｇｘで示すように先端が＋Ｚ軸方向に変位するように屈曲する。
上記の動作から、Ｘ軸方向の電界Ｅｘの印加方向（−Ｘ軸方向、＋Ｘ軸方向）を交互に変えることにより、振動腕２０にＺ軸方向の面外振動ＶＡを生じさせることができる。

図１（Ｃ）は、正の第３方向からの平面視における振動片の形状を示している。また、図１（Ｄ）は、図１（Ｃ）のＡ−Ａ線に沿う振動片の断面図である。

振動腕２０に面外振動を励振するためには、第１方向（Ｘ軸方向）の電界Ｅｘを振動腕２０の、第３方向に垂直な（直交する）、第１面Ａ（表面）、第２面Ｂ（裏面）のうちの少なくとも一方において生じさせ、振動腕２０に伸張応力および収縮応力を、交互に生じさせる必要がある。
本実施形態では、第１方向の電界Ｅｘを生じさせるために、振動腕２０の互いに対向する第１面Ａ、第２面Ｂ（一対の主面）のうちの少なくとも一方に、櫛歯電極（ＩＤＴ電極）を設ける。

図１（Ｃ）および図１（Ｄ）の例では、振動腕２０の第１面Ａおよび第２面Ｂの各々に櫛歯電極が設けられている。図１（Ｃ）に示すように、振動腕２０の第１面Ａに設けられている第１櫛歯電極は、第１電極４１ａと第２電極４１ｂとを有する。
第１電極４１ａと第２電極４１ｂとは、所定間隔で電極指が互いに対向する対向電極部分（交差指電極部分）を有している。

また、図１（Ｄ）に示すように、振動腕２０の第２面Ｂに設けられている第２櫛歯電極は、第１電極４１ｃと第２電極４１ｄとを有する。
図１（Ｄ）では図示されないが、第１面Ａと同様に、第１電極４１ｃと第２電極４１ｄとは、所定間隔で電極指が互いに対向する対向電極部分を有している。

なお、第１面Ａの第１櫛歯電極における第１電極４１ａと、第２面Ｂの第２櫛歯電極における第１電極４１ｃとは、例えば、基部１０に設けられるスルーホール（不図示）を経由して接続され、その共通接続点に、基部１０に設けられるボンディングパッド等の第１外部接続端子（不図示）から引き出された配線が接続される。
同様に、第１面Ａの第１櫛歯電極における第２電極４１ｂと、第２面Ｂの第２櫛歯電極における第２電極４１ｄとは、例えば、基部１０に設けられるスルーホールを経由して接続され、その共通接続点に、基部１０に設けられるボンディングパッド等の第２外部接続端子から引き出された配線が接続される。
第１外部接続端子および第２外部接続端子の各々には、所定の電圧が供給される。これによって、第１電極４１ａ，４１ｃと第２電極４１ｂ，４１ｄとの間に、振動腕２０の面外振動を生じさせるための電界Ｅｘ１，Ｅｘ２が生じる。

また、図１（Ｄ）に示すように、振動腕２０の第１面Ａに設けられている第１櫛歯電極（第１電極４１ａ、第２電極４１ｂ）によって生じる電界Ｅｘ１の方向と、振動腕２０の第２面Ｂに設けられている第２櫛歯電極（第１電極４１ｃ、第２電極４１ｄ）によって生じる電界Ｅｘ２の方向とは互いに逆向きである。
よって、図１（Ｄ）の例では、第１面Ａにおいて伸張応力が生じ、第２面Ｂにおいて収縮応力が生じる。電界Ｅｘ１および電界Ｅｘ２の各々の向きが逆転すれば、第１面Ａにおいて収縮応力が生じ、第２面Ｂにおいて伸張応力が生じる。
これによって、振動腕２０を、第３方向（Ｚ軸方向）に効率的に振動させることができる。

このように、本実施形態では、振動腕２０は、第１面Ａおよび第２面Ｂに垂直な第３方向（面外方向、振動腕の厚み方向）に振動する。
つまり、振動腕２０に、ウォークモードの振動が励振される。この場合の振動片１００の共振周波数は、下記（２）式で表される。

上記（２）式から明らかなように、共振周波数ｆｎを一定に保つことを条件として振動腕２０の腕長ｌを縮小した場合には、振動腕２０の厚みｔを小さく（薄く）すればよい。これによって、無理のない振動腕２０のダウンサイジングが実現される。
つまり、振動腕２０を面外振動させることによって、振動片１００の共振周波数を一定に保ちつつ、振動片１００をダウンサイジングする場合の主要設計パラメーターが、腕幅ｗではなく腕の厚みｔになる。
ここで、振動腕２０の厚みｔは、例えば、振動片１００を構成する水晶板の厚みを調整することによって高精度に制御することができる。

一方、振動腕２０の腕幅ｗは、腕長ｌのスケールダウンに対応して縮小する必要はなくなり、よって、振動腕２０の腕幅ｗは、例えば、電極や配線を信頼性高く形成することができる程度のサイズに維持することができる。よって、本実施形態では、振動腕２０の幅（腕幅）ｗ＞振動腕の厚みｔが成立する。

本実施形態では、振動腕２０の腕幅ｗを適切な大きさに設定することができることから、配線や電極の形成不良（断線、接触等）の心配がなくなり、振動片１００の小型化に伴う、電極や配線を形成する際の負担を軽減することができる。

また、振動腕２０の厚みｔは、腕幅ｗよりも高精度に制御可能であることから、振動片１００の共振周波数を高精度に調整することもできる。例えば、水晶の原石等から水晶板を切り出すときに、水晶板の厚みｔを調整することができ、また、水晶板を切り出した後の研磨等によっても厚みｔを調整することができる。
いずれの場合でも、水晶板の第１面Ａと第２面Ｂとの平行度は高く、また、厚みｔ自体も高精度に制御することができる。このことは、高精度且つ超小型の振動片１００を実現することに寄与する。

（櫛歯電極の構成例）
図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、櫛歯電極の構成の例を示す図である。図２（Ａ）は平面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
図２Ａ、図２（Ｂ）に示すように、振動腕２０の第１面Ａには第１櫛歯電極（第１電極４１ａ、第２電極４１ｂ）が設けられ、振動腕２０の第２面Ｂには第２櫛歯電極（第１電極４１ｃ、第２電極４１ｄ）が設けられる。各櫛歯電極の形状は、特殊な形状ではないため、形成が容易である。また、サイズを縮小した場合でも、無効電界が支配的になるような不都合が生じないという利点がある。

ここで、図２（Ｂ）を参照する。第１面Ａに設けられる第１櫛歯電極は、所定距離Ｌ１だけ離れて互いに対向して配置される一対の電極指（便宜的に４１ａ，４１ｂとする）からなる第１対向部分４２（１）と、第１対向部分４２（１）に隣接して設けられ、且つ、所定距離Ｌ１だけ離れて互いに対向して配置される一対の電極指（４１ａ，４１ｂ）からなる第２対向部分４２（２）と、第２対向部分４２（２）に隣接して設けられ、且つ、所定距離Ｌ１だけ離れて互いに対向して配置される一対の電極指（４１ａ，４１ｂ）からなる第３対向部分４２（３）と、を有している。

第１対向部分４２（１）、第２対向部分４２（２）、第３対向部分４２（３）の各々は、振動腕２０の延出方向である第１方向（Ｘ軸方向）に沿って配置されている。
また、第１対向部分４２（１）と第２対向部分４２（２）との間の距離（第２対向部分４２（２）と第３対向部分４２（３）との間の距離）をＬ２としたとき、Ｌ１＜Ｌ２が成立する。
換言すれば、１つの電極指（例えば、第１対向部分４２（１）の４１ｂ）の一方の側に隣接する他の電極指（第１対向部分４２（１）の４１ａ）との間の距離Ｌ１よりも、他方の側に隣接する他の電極指（例えば、第２対向部分４２（２）の４１ａ）との間の距離Ｌ２の方が大きい。

第２面Ｂに設けられる第２櫛歯電極も、同様に、第１対向部分４２（１）’と、第２対向部分４２（２）’と、第３対向部分４２（３）’と、を有する。第２面Ｂに設けられる第２櫛歯電極についても、Ｌ１＜Ｌ２が成立する。

Ｌ１＜Ｌ２とするのは、以下の理由による。
以下の説明では、第１対向部分４２（１）および第２対向部分４２（２）に着目する。第１対向部分４２（１）および第２対向部分４２（２）の各々において、対向する一対の電極指（４１ａ，４１ｂ）間に電界（有効電界）Ｅｘ（１）が生じ、この電界Ｅｘ（１）が振動腕２０に加えられ、振動腕２０に収縮または伸張の各応力が生じる。

一方、第１対向部分４２（１）における第２対向部分側の電極指４１ｂと、第２対向部分４２（２）の第１対向部分側の電極指４１ａとの間にも電界（無効電界）Ｅｘ（２）が生じる。
第１対向部分４２（１）および第２対向部分４２（２）の各々において生じる電界Ｅｘ（１）の方向と、第１対向部分４２（１）と第２対向部分４２（２）との間に生じる電界Ｅｘ（２）の方向とが、逆である場合、有効電界Ｅｘ（１）の一部が無効電界Ｅｘ（２）によって打ち消されるという不都合が生じる。

このため、図２（Ｂ）に示す例では、第１対向部分４２（１）および第２対向部分４２（２）の各々における電極指間の距離Ｌ１よりも、第１対向部分４２（１）と第２対向部分４２（２）との電極指間の距離Ｌ２を大きく設定する。
これによって、第１対向部分４２（１）の電極指４１ｂと第２対向部分４２（２）の電極指４１ａとの間に生じる無効電界Ｅｘ（２）が弱くなり、有効電界Ｅｘ（１）の一部が無効電界Ｅｘ（２）によって打ち消される現象を抑制することができる。
なお、図２（Ｂ）に示す櫛歯電極の配置は一例であり、これに限定されるものではない。

ここで、図２（Ｃ）を参照する。
図２（Ｃ）は、櫛歯電極の配置の他の例を示している。
図２（Ｃ）の例では、振動腕２０の第１面Ａに設けられる第１櫛歯電極のうちの一方の電極指４１ｂ（黒塗り）と、振動腕２０の第２面Ｂに設けられる第２櫛歯電極のうちの一方の電極指４１ｄ（黒塗り、電極指４１ｂと同電位）とが、対向して設けられている。

例えば、電極指４１ｂおよび電極指４１ｄの電位極性を＋とし、電極指４１ａおよび電極指４１ｃ（斜線）の電位極性を−とする。第１面Ａに設けられる第１櫛歯電極の極性の並びは、電極指４１ｂを起点として、基部１０から遠ざかる方向に沿って、＋，−，＋，−，＋となる。
また、第２面Ｂに設けられる第２櫛歯電極の極性の並びは、電極指４１ｂに対向する電極指４１ｄを起点として、基部１０から遠ざかる方向に沿って、＋，−，＋，−，＋，−となる。
このように、互いに対向する電極指を起点として考えると、第１面Ａの第１櫛歯電極の極性の並びと、第２面Ｂの第２櫛歯電極の極性の並びとが一致していることになる。
換言すれば、第１面Ａの第１櫛歯電極および第２面Ｂの第２櫛歯電極は、第３方向からの平面視において、極性の異なる電極指（ここでは、４１ａと４１ｄ，４１ｂと４１ｃ）が互いに重ならないように設けられている。

このような各電極指の配置によって、第１面Ａと第２面Ｂとの間で、縦方向（第１面Ａと第２面Ｂとを結ぶ方向、厚み方向）の不要電界を抑制することができる。
よって、振動腕２０に不要な歪みが生じることが抑制される。また、不要電界が減少することから、消費電力を抑制することもできる。

図３は、振動腕における面外振動の励振についての説明図である。
図３の上側には振動腕２０の平面図を示し、中央には振動腕のＡ−Ａ線に沿う断面図を示し、下側には面外方向に振動している振動腕の様子を示している。
図示するように、各櫛歯電極による第１方向（Ｘ軸方向）の電界Ｅｘによって、振動腕２０の第１面Ａおよび第２面Ｂに歪み（応力）が発生する。
ここで、第１面Ａに収縮応力が発生し、第２面Ｂに伸張応力が発生する場合には、振動腕２０は、正の第３方向（＋Ｚ軸方向）に屈曲する（図３下側に破線で示した状態）。
一方、第１面Ａに伸張応力が発生し、第２面Ｂに収縮応力が発生する場合には、振動腕２０は、負の第３方向（−Ｚ軸方向）に屈曲する（図３下側に実線で示した状態）。
正の第３方向（＋Ｚ軸方向）への屈曲と、負の第３方向（−Ｚ軸方向）への屈曲とは交互に生じる。よって、矢印ＶＡで示した第３方向（第１面Ａおよび第２面Ｂに垂直なＺ軸方向）の面外振動（ウォークモードの振動）が定常的に生じる。

図４は、櫛歯電極の他の構成例を示す図である。先に説明した図２（Ｂ）の例では、櫛歯電極における、各対向部分間の距離は等間隔であったが、図４の例では、各対向部分間の距離を、基部１０からの距離に応じて異ならせる。

図４において、第１面Ａの第１櫛歯電極の第１対向部分４２（１）、第２対向部分４２（２）、第３対向部分４２（３）の各々は、記載の順に、基部１０からの距離が遠くなる。そして、第１対向部分４２（１）と第２対向部分４２（２）との間隔をＬ２とし、第２対向部分４２（２）と第３対向部分４２（３）との間の距離をＬ４としたとき、Ｌ２＜Ｌ４が成立する。この理由は以下のとおりである。
なお、第３対向部分４２（３）の第１電極４１ａの電極指４１ａ（３）と第２電極４１ｂの電極指４１ａ（３）との間隔をＬ３としたときに、Ｌ３＜Ｌ４の関係にあるものとする。

振動腕２０に面外振動を生じさせるためには、振動腕２０の主面において、収縮や伸張の歪みを生じさせる必要がある。
この際、振動腕２０は、固定端である基部１０を基準として面外方向に振動することから、振動腕の屈曲に最も有効な歪みは、基部１０に近い箇所（基部端付近）における歪みである。
したがって、基部１０から遠い箇所（先端部付近）の歪みは振動腕２０の屈曲に与える影響が小さい。

この考察に基づいて、本実施形態では、第１櫛歯電極に含まれる３つの対向部分の各々間の間隔を、基部１０からの距離に応じて変化させる。
つまり、第１対向部分４２（１）と第２対向部分４２（２）との間の間隔Ｌ２よりも、第２対向部分４２（２）と第３対向部分４２（３）との間隔Ｌ４を大きく設定する。

図４の例では、第１地点Ｎ１〜第２地点Ｎ２までの距離をＬ５としたとき、第２地点Ｎ２から第３地点Ｎ３までの距離Ｌ６が、２×Ｌ５となるように設定されている。
このようにすれば、振動腕２０の延出方向に沿って配置される対向部分の数を、各対向部分を等間隔で配置する場合に比べて減少させることができる（特に、振動腕２０が長い場合には、対向部分の数の削減効果が顕在化する）。
このことは、振動腕２０に発生する電界の総量が減ることを意味し、よって、消費電力の削減の効果が得られる。一方、基部１０から遠い箇所における電界が減少したとしても、その電界が振動腕２０の屈曲に寄与する程度は小さいことから、振動腕２０には、必要な振幅の面外振動を生じさせることができる。

なお、上記の構成は、換言すれば、振動腕２０の基部１０端付近の電極指（例えば、４１ｂ（１））の一方の側に隣接する他の電極指（４１ａ（１））との間の距離をＬ１とし、他方の側に隣接する他の電極指（４１ａ（２））との間の距離をＬ２としたときに、Ｌ２はＬ１よりも大きく、先端部付近の電極指（例えば、４１ａ（３））の一方の側に隣接する他の電極指（４１ｂ（３））との間の距離をＬ３とし、他方の側に隣接する他の電極指（４１ｂ（２））との間の距離をＬ４としたときに、Ｌ４はＬ３よりも大きく、且つ、Ｌ４はＬ２よりも大きいこととなる。
なお、Ｌ３は、Ｌ１と同じかＬ１より大きいことが好ましい。

図５は、櫛歯電極の別の構成例を示す図である。図５の上側には、振動腕の平面図を示し、下側には、振動腕のＡ−Ａ線に沿う断面図を示す。

図５の断面図に示すように、振動腕２０の第１面Ａには、凸部６０ａ〜６０ｃが設けられている。そして第１櫛歯電極を構成する、対向する一対の電極指４１ａ，４１ｂは、凸部６０ａ〜６０ｃの第１方向と直交する両側面に、凸部６０ａ〜６０ｃを挟むようにして設けられている。
同様に、振動腕２０の第２面Ｂには、凸部６０ａ’〜６０ｃ’が設けられている。そして、第２櫛歯電極を構成する、対向する一対の電極指４１ｃ，４１ｄは、凸部６０ａ’〜６０ｃ’の第１方向と直交する両側面に、凸部６０ａ’〜６０ｃ’を挟むようにして設けられている。

この構造によれば、無駄な電界（不要電界）が減少することから、対向する電極指（４１ａと４１ｂ、４１ｃと４１ｄ）間に生じる電界Ｅｘの強度を大きくすることができる。よって、より効率的に面外振動を励振することができる。
また、各対向部分間に生じる無効電界（図中の破線矢印）は、空気の誘電率が振動腕２０の材料である水晶の誘電率よりも小さいことから、弱められる。なお、振動片１００が収容される減圧パッケージ内は真空に近いことから、無効電界は、さらに弱められる。
したがって、無効電界によって有効電界が打ち消される現象が効果的に低減される。この点も効率的な面外振動の励振に寄与すると共に、振動片１００の低消費電力化にも寄与する。

（第２実施形態）
本実施形態では、基部１０から第１方向（Ｘ軸方向）に延出する、複数本の振動腕を設ける。複数本の振動腕を設けて、各振動腕を、例えば力学的なバランスがとれるように振動させることによって、振動腕の面外振動をより安定化させることができる。

図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、３本の振動腕を設けた例を示す図である。図６（Ａ）は平面図であり、図６（Ｂ）は斜視図である。

図６（Ａ）に示すように、基部１０から第１方向に延出する３本の振動腕（第１振動腕２０ａ、第２振動腕２０ｂ、第３振動腕２０ｃ）が設けられている。そして、各振動腕２０ａ〜２０ｃの第１面Ａおよび第２面Ｂの少なくとも一方（好ましくは双方）には、第１方向の電界を形成するための櫛歯電極が形成されている。

第１振動腕２０ａの第１面Ａに形成されている第１櫛歯電極は、第１電極４１ａ（１）と、第２電極４１ｂ（１）と、を有する。
第２振動腕２０ｂの第１面Ａに形成されている第１櫛歯電極は、第１電極４１ａ（２）と、第２電極４１ｂ（２）と、を有する。
第３振動腕２０ｃの第１面Ａに形成されている第１櫛歯電極は、第１電極４１ａ（３）と、第２電極４１ｂ（３）と、を有する。
ここで注目すべきは、第２振動腕２０ｂにおける電極配置が、第１振動腕２０ａおよび第３振動腕２０ｃの電極配置とは逆になっていることである。
つまり、第２振動腕２０ｂにおける第１櫛歯電極の対向部分に生じる電界の向きは、第１振動腕２０ａおよび第３振動腕２０ｃにおける第１櫛歯電極の対向部分に生じる電界の向きとは逆になる。

したがって、図６（Ｂ）に示すように、第１振動腕２０ａと第３振動腕２０ｃとは、面外振動における変位の向きが同じ（同相振動）であり、第２振動腕２０ｂは、第１振動腕２０ａおよび第３振動腕２０ｃに対して面外振動における変位の向きが逆（逆相振動）となる。

このような構成を採用すると、振動片１００の第１振動腕２０ａ〜第３振動腕２０ｃの各々の振動は、平面視で、振動片１００の第２方向（振動腕の幅方向）における力学的なバランスがとれ、且つ、振動片１００の第３方向（振動腕の厚さ方向）における力学的なバランスもとれる。
よって、各振動腕（２０ａ〜２０ｃ）を支持する基部１０に過度の負担がかからず、基部１０を経由した振動の漏れが抑制される。

つまり、本実施形態のように、ウォークモードで振動する振動腕を３本（２０ａ〜２０ｃ）設ける例において、ウォークモードの振動を安定して持続させるためには、各振動腕（２０ａ〜２０ｃ）のウォークモードの振動が基部１０を経由して、基部１０を支持する支持体に漏れることを抑制するのが好ましい。
振動片１００の基部１０は、例えばベース部材（パッケージの一部を構成する部材等）に、例えば接着剤によって固定される。
各振動腕（２０ａ〜２０ｃ）が、各振動腕（２０ａ〜２０ｃ）の厚さｔ方向に振動するウォークモードを採用した場合には、その振動が、各振動腕（２０ａ〜２０ｃ）から基部１０に漏れて振動が乱れ、接着剤の剥離が生じる等の不都合が生じることも有り得る。
このような事態が生じないようにするためには、３本の振動腕（２０ａ〜２０ｃ）を平行に配設して、各振動腕（２０ａ〜２０ｃ）のうちの両端の振動腕（２０ａ、２０ｃ）を同相で振動させ、中央の振動腕（２０ｂ）を逆相で振動させるのが好ましい。

以上の説明では振動腕の数が３本の場合について説明したが、振動腕の数は６本、９本・・・と３の倍数にすることができる。
つまり、広義には、「ｍ本（ｍは３の倍数）の振動腕が設けられ、ｍ本の振動腕の各々を、第１振動腕〜第ｍ振動腕とする。そして、第１振動腕〜第ｍ振動腕は、ｍの値が小さい順に、第２方向（Ｙ軸方向）に並んで配置され、ｍ本の振動腕は３つの振動腕群に区分され、第１振動腕から第（ｍ／３）振動腕までを第１群の振動腕とし、第｛（ｍ／３）＋１｝振動腕から第｛（２ｍ／３）｝振動腕までを第２群の振動腕とし、第｛（２ｍ／３）＋１｝振動腕から第ｍ振動腕までを第３群の振動腕とし、第１群の振動腕および第３群の振動腕の各々が、正の第３方向（＋Ｚ軸方向）に変位しているとき、第２群の振動腕は、負の第３方向（−Ｚ軸方向）に変位し、第１群の振動腕および第３群の振動腕の各々が、負の第３方向に変位しているとき、第２群の振動腕は、正の第３方向に変位する」と、定義することができる。

３の倍数本の振動腕を平行に配設した場合においても、振動腕の機械的なバランスを考慮して、各振動腕のうちの両端の振動腕群を同相で振動させ、中央の振動腕群を逆相で振動させるのが好ましい。

詳述すると、第２方向に沿って順に配置された第１群、第２群、第３群の振動腕を設けた場合を想定する。第１群と第３群の振動腕の第２領域が正の第３方向に変位するとき、中央の第２群の振動腕の第２領域は負の第３方向に変位する。この場合、両端の群である第１群と第３群は同相で変位するため、平面視で、第２方向（左右方向）のバランスがとれる。
また、第１群および第３群と、第２群とは互いに逆相で変位するため、各群の第３方向の変位による応力（各群の振動腕を支持する基部にかかる応力）が相殺され、よって、振動方向（上下方向）のバランスもとれる。
なお、振動腕の本数は、３の倍数に限定するものではなく、例えば、２本、４本、５本、７本・・・ｎ本（ｎは自然数）でもよい。

（第３実施形態）
図７は、上述した振動片を用いた振動子の製造工程の一例を示す図である。なお、図７の例において使用されている振動片１００は、基部１０と、２本の振動腕２０ａ，２０ｂとを有する。
これにより、振動片１００は、音叉型振動片として構成されている。また、プラグ３０は、内部端子３１および外部端子３３を有する。

マウント工程では、振動片１００の基部１０に、プラグ３０の内部端子３１を半田付けする。
次の周波数調整工程では、振動片１００の共振周波数の調整を行う。
次の封止工程では、真空チャンバー内で、ケース３５にプラグ３０を封入する。ケース３５とプラグ３０とは、収容体としての封止体（気密パッケージ）を構成する。
次の検査工程を経て、振動子１が完成する。

本実施形態によれば、振動子１は、振動片１００を備えたことから、小型で、高精度の発振が可能な振動子を実現することができる。

（第４実施形態）
本実施形態では、振動片として、振動腕を両側で支持する両持ち構造の振動片を用いる。両持ち構造の振動片においても、前掲の実施形態と同じく、ウォークモードの振動を励振することができる。
但し、両持ち構造の振動片の場合、振動腕が両側で支持されていることから、振動腕の片側だけが支持される振動片とは、振動腕の振動姿態が異なる。
また、両持ち構造の振動片において、効率的な面外振動（ウォークモードの振動）を励振するという観点から、適切な電極配置を採用することが望まれる。
以下、図８〜図１０を用いて具体的に説明する。

図８（Ａ）、図８（Ｂ）は、両持ち構造の振動片における面外振動、電極配置例について説明するための図である。
図８（Ａ）は振動腕２０の振動姿態を示し、図８（Ｂ）における左側の図は、振動片の平面図であり、右側の図は、その振動片の振動姿態を示す図である。

図８（Ｂ）に示すように、両持ち構造の振動片１０１は、基部として、第１基部１０ａと第２基部１０ｂとを有する。振動腕２０の一端は第１基部１０ａに連結され、振動腕２０の他端は第２基部１０ｂに連結される。
振動片１０１は、例えば、加速度センサーや圧力センサーの構成要素として用いることができる。

図８（Ａ）に示すように、一本の振動腕２０（幅ｗ、厚みｔ（ｔ＜ｗ））は、第１領域ＺＡと、第２領域ＺＢと、第３領域ＺＣと、第１領域ＺＡと第２領域ＺＢとの間に設けられる第１節領域Ｑａｂと、第２領域ＺＢと第３領域ＺＣとの間に設けられる第２節領域Ｑｂｃと、に区分される。
そして、振動腕２０の第１面Ａまたは第２面Ｂにおける第１領域ＺＡおよび第３領域ＺＣに矢印のように収縮応力が生じるときは、振動腕２０の第１面Ａまたは第２面Ｂにおける第２領域ＺＢには矢印のように伸張応力が生じる。
反対に、振動腕２０の第１面Ａまたは第２面Ｂにおける第１領域ＺＡおよび第３領域ＺＣに伸張応力が生じるときは、振動腕２０の第１面Ａまたは第２面Ｂにおける第２領域ＺＢには収縮応力が生じる。

すなわち、振動腕２０を厚みｔ方向（第３方向）に、バランスよく振動させるために、振動腕２０は、第１領域ＺＡ、第２領域ＺＢ、第３領域ＺＣに区分され、第１領域ＺＡと第２領域ＺＢとの間には第１節領域Ｑａｂが設けられ、第２領域ＺＢと第３領域ＺＣとの間には第２節領域Ｑｂｃが設けられている。
図８（Ｂ）の右側の図に示すように、第１節領域Ｑａｂおよび第２節領域Ｑｂｃの各々は、振動の節ＦＣ１，ＦＣ２を含む。振動の節ＦＣ１，ＦＣ２は、具体的には、振動腕２０の変位を２次の微分係数として求めた際に、２次微分係数が０となる点である。
そして、振動腕２０の、第１面Ａの第１領域ＺＡと第３領域ＺＣとで収縮が生じるときは第２領域ＺＢで伸張が生じ、同様に、第１領域ＺＡと第３領域ＺＣとで伸張が生じるときは第２領域ＺＢで収縮が生じるようにする。これによって、安定した面外振動を実現することができる。

図８（Ｂ）の左側の図に示すように、振動腕２０の第１面Ａには第１櫛歯電極が形成されている。第１櫛歯電極は、第１電極４１ａと第２電極４１ｂとを有する。
第２領域ＺＢにおける第１電極４１ａの電極指と第２電極４１ｂの電極指との相対位置関係は、第１領域ＺＡおよび第３領域ＺＣにおける第１電極４１ａの電極指と第２電極４１ｂの電極指との相対位置関係とは逆になっている。
よって、第２領域ＺＢに生じる電界の向きは、第１領域ＺＡおよび第３領域ＺＣに生じる電界の向きとは逆向きである。第１領域ＺＡ、第２領域ＺＢ、第３領域ＺＣの各々に生じる応力は、図８（Ｂ）の左側の図において、実線の矢印ならびに破線の矢印で示す。

図８（Ｂ）の右側の実線で示す振動腕２０の振動姿態は、図８（Ｂ）の左側の図において、実線の矢印で示す応力が生じる場合に対応している。同様に、破線で示す振動腕２０の振動姿態は、図８（Ｂ）の左側の図において、破線の矢印で示す応力が生じる場合に対応している。

図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、両持ち構造の振動片の構成例を示す図である。図９（Ａ）の振動片１０１ａは、第１基部１０ａと、第２基部１０ｂと、１本の振動腕２０とを有する。
図９（Ｂ）の振動片１０１ｂは、第１基部１０ａと、第２基部１０ｂと、２本の振動腕２０ａ，２０ｂとを有する。
図９（Ｃ）の振動片１０１ｃは、第１基部１０ａと、第２基部１０ｂと、３本の振動腕２０ａ，２０ｂ，２０ｃとを有する。
なお、ＧＬ１およびＧＬ２は、振動腕間の溝部を示す。ｎ本（ｎは２以上の自然数）の振動腕が設けられる場合には、各振動腕を、力学的なバランスがとれるように振動させることが好ましい。
これによって、両持ち構造の振動片における各振動腕（２０ａ〜２０ｃ等）に、より安定した面外振動を励振することができる。
なお、２本以上の振動腕と基部とを含んで音叉を構成する両持ち構造の振動片は、双音叉型振動片（双音叉振動片）とも呼ばれている。

３本の振動腕が設けられる場合（図９（Ｃ）の例）では、図６の例と同様に、両端の振動腕２０ａ，２０ｃを同相で振動させ、中央の振動腕２０ｂを両端の振動腕２０ａ，２０ｃとは逆相で振動させるのが好ましい。なお、振動腕の数は３本に限定されず、３の倍数本（６本、９本・・・）であってもよい。

つまり、広義には、「ｍ本（ｍは３の倍数）の振動腕が設けられる場合において、ｍ本の振動腕の各々を、第１振動腕〜第ｍ振動腕とし、第１振動腕〜第ｍ振動腕は、ｍの値が小さい順に、第２方向に並んで配置され、ｍ本の振動腕は３つの振動腕群に区分され、第１振動腕から第（ｍ／３）振動腕までを第１群の振動腕とし、第｛（ｍ／３）＋１｝振動腕から第｛（２ｍ／３）｝振動腕までを第２群の振動腕とし、第｛（２ｍ／３）＋１｝振動腕から第ｍ振動腕までを第３群の振動腕とし、また、第３方向は、正の第３方向（＋Ｚ軸方向）と、正の第３方向とは逆向きの負の第３方向（−Ｚ軸方向）と、を含み、第１群の振動腕および第３群の振動腕の各々における、第１面Ａ（または第２面Ｂ）の第１領域ＺＡおよび第３領域ＺＣに収縮応力が生じ、且つ第２領域ＺＢに伸張応力が生じているときには、第２群の振動腕における第１面Ａ（または第２面Ｂ）の、第１領域ＺＡおよび第３領域ＺＣには伸張応力が生じ、且つ第２領域ＺＢには収縮応力が生じ、また、第１群の振動腕および第３群の振動腕の各々における、第１面Ａ（または第２面Ｂ）の第１領域ＺＡおよび第３領域ＺＣに伸張応力が生じ、且つ第２領域ＺＢに収縮応力が生じているときには、第２群の振動腕における第１面Ａ（または第２面Ｂ）の、第１領域ＺＡおよび第３領域ＺＣには収縮応力が生じ、且つ第２領域ＺＢには伸張応力が生じる」と、定義することができる（各符号については図８参照）。

このようにすれば、例えば、振動片１０１ｃでは、平面視で、第２方向（各振動腕の幅方向）に力学的なバランスがとれ、且つ、第３方向（各振動腕の厚さ方向、振動方向）の力学的なバランスもとれる。
よって、各振動腕（２０ａ〜２０ｃ）を支持する基部（第１基部１０ａ，第２基部１０ｂ）に過度の負担がかからず、振動の漏れが抑制される。

図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、３本の振動腕を有する双音叉型振動片における電極および配線の配置例を示す図である。
図１０（Ａ）は、振動腕の表面における電極および配線の配置を示す図である。図１０（Ｂ）は、振動腕の裏面における電極および配線の配置を示す図（表面側から見た透視図）である。図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）において、各振動腕に生じる応力は、太線の矢印で示されている。

図８の例で説明したように、振動片１０１ｃの各振動腕２０ａ〜２０ｃ（幅ｗ、厚みｔ（ｔ＜ｗ））の各々は、第１領域ＺＡと、第２領域ＺＢと、第３領域ＺＣと、第１領域ＺＡと第２領域ＺＢとの間に設けられる第１節領域Ｑａｂと、第２領域ＺＢと第３領域ＺＣとの間に設けられる第２節領域Ｑｂｃと、に区分される。

図１０（Ａ）に示すように、第１振動腕２０ａの表面（第１面Ａ）には、第１櫛歯電極を構成する第１電極４１ａ（１）と、第２電極４１ｂ（１）とが設けられる。図８の例と同様に、例えば、第１領域ＺＡと第３領域ＺＣとに伸張応力が生じるときには、第２領域ＺＢにおいて収縮応力が生じる。

同様に、第２振動腕２０ｂの第１面Ａには、第１櫛歯電極を構成する第１電極４１ａ（２）と、第２電極４１ｂ（２）とが設けられる。例えば、第１領域ＺＡと第３領域ＺＣとに収縮応力が生じるときには、第２領域ＺＢにおいて伸張応力が生じる。

同様に、第３振動腕２０ｃの第１面Ａには、第１櫛歯電極を構成する第１電極４１ａ（３）と、第２電極４１ｂ（３）とが設けられる。例えば、第１領域ＺＡと第３領域ＺＣとに伸張応力が生じるときには、第２領域ＺＢにおいて収縮応力が生じる。

また、図１０（Ａ）において、Ｌ１〜Ｌ６は振動片１０１ｃの第１面Ａに形成される配線を示す。また、ＴＨ１は、第１面Ａの第２電極と裏面（第２面Ｂ）の第２電極同士を接続するためのスルーホールであり、ＴＨ２は、第１面Ａの第１電極と第２面Ｂの第１電極同士を接続するためのスルーホールである。
また、第１基部１０ａの第１面Ａには、外部接続端子としてのボンディングパッドＰ１，Ｐ２が設けられている。

また、図１０（Ｂ）に示すように、第１振動腕２０ａの第２面Ｂには、第２櫛歯電極を構成する第１電極４１ｃ（１）と、第２電極４１ｄ（１）とが設けられる。例えば、第１領域ＺＡと第３領域ＺＣとに収縮応力が生じるときには、第２領域ＺＢにおいて伸張応力が生じる。

同様に、第２振動腕２０ｂの第２面Ｂには、第２櫛歯電極を構成する第１電極４１ｃ（２）と、第２電極４１ｄ（２）とが設けられる。例えば、第１領域ＺＡと第３領域ＺＣとに伸張応力が生じるときには、第２領域ＺＢにおいて収縮応力が生じる。

同様に、第３振動腕２０ｃの第２面Ｂには、第２櫛歯電極を構成する第１電極４１ｃ（３）と、第２電極４１ｄ（３）とが設けられる。例えば、第１領域ＺＡと第３領域ＺＣとに収縮応力が生じるときには、第２領域ＺＢにおいて伸張応力が生じる。
なお、図１０（Ｂ）において、Ｌ７〜Ｌ１２は振動片１０１ｃの第２面Ｂに形成される配線を示す。

（第５実施形態）
図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）は、双音叉型振動片を用いた加速度センサー素子および加速度センサーの構造の一例を示す図である。

図１１（Ａ）の加速度センサー素子５００（センサー素子の一例）は、３本の振動腕（２０ａ〜２０ｃ）を有する振動片１０１ｃ（図９（Ｃ）に示される例）を用いて構成されている。

振動片１０１ｃの第１基部１０ａは、基部５０２の第１面に、例えば接着剤によって固定される。また、振動片１０１ｃの第２基部１０ｂは、錘部（質量部）５０６の第１面に、例えば接着剤によって固定される。
振動片１０１ｃの各振動腕２０ａ〜２０ｃは、ウォークモードで所定の周波数でＺ軸方向に振動する。

錘部５０６は、基部５０２に、例えば弾性部（弾性梁やバネ等を含む）５０４を介して接続（連結）されている。Ｚ軸方向に加速度が加わると、錘部５０６がＺ軸方向に変位する。この結果、各振動腕２０ａ〜２０ｃに歪みが生じて振動の周波数が変化し、この周波数の変化を検出することによって、加速度の大きさを検出（特定）することができる。

図１１（Ｂ）に示す加速度センサー６００は、図１１（Ａ）に示す加速度センサー素子５００と、加速度センサー素子５００を収容する気密封止されたパッケージ（収容体）６０２と、物理量検出回路６０４と、を有する。パッケージ６０２内は減圧された状態（例えば真空状態）となっている。

本実施形態では、振動片１０１ｃの第２基部１０ｂを錘部５０６に接続しているが、シリコンダイヤフラム等の弾性を有する隔壁（広義の弾性部）に振動片１０１ｃの各基部を固定して、圧力センサーを形成することもできる。
つまり、隔壁で隔てられる２つの空間の圧力差に応じて、隔壁がＺ軸方向に変形すると、各振動腕２０ａ〜２０ｃに歪みが生じて振動の周波数が変化し、この周波数の変化を検出することによって、圧力の変化を測定することができる。

このように、測定対象の物理量の変化に応じて変位が生じる弾性部、あるいは弾性部に連結される質量部と、少なくとも一つの基部とが、弾性部あるいは質量部に接続され、弾性部または質量部の変位によって、少なくとも１本の振動腕に振動腕の延出方向の伸縮が生じる、上記の振動片（双音叉型振動片）と、その振動片を収容する収容体と、によって、物理量を測定するセンサーを実現することができる。

これによって、小型で、高精度の発振が可能な振動片を使用した、小型で且つ高精度なセンサー（加速度センサーや圧力センサー等）を実現することができる。

このように、本発明の少なくとも一つの実施形態にかかる振動片によれば、面外振動（ウォークモードの振動）を利用することから、従来の面内振動を利用する場合に比べて、振動片のダウンサイジングを無理なく行うことができる。
つまり、振動腕の厚み（ｔ）を小さくすることによってダウンサイジングに対応でき、振動腕の幅（ｗ）はそれほど小さくする必要がないことから、振動片の小型化に伴う、電極や配線を形成する際の負担を軽減することができる。

なお、振動片の材料としては、水晶に限定するものではなく、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電体、またはシリコン（Ｓｉ）などの半導体でもよい。

（電子機器）
ここで、上述した振動片を備えた電子機器について説明する。なお、図示は省略する。
上記振動片は、デジタルスチールカメラ、ビデオカメラ、ナビゲーション装置、ポインティングデバイス、ゲームコントローラー、携帯電話、電子ブック、パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオレコーダー、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、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等の電子機器に、センシングデバイスまたはタイミングデバイスとして好適に用いることができ、いずれの場合にも上記実施形態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。
一例を挙げれば、上記振動片は、小型で且つ高精度なセンサーを備えた電子機器を提供することができる。

１０…基部、２０…振動腕、４１ａ…第１櫛歯電極を構成する第１電極、４１ｂ…第１櫛歯電極を構成する第２電極、４１ｃ…第２櫛歯電極を構成する第１電極、４１ｄ…第２櫛歯電極を構成する第２電極、１００…振動片、Ａ…第１面（表面）、Ｂ…第２面（裏面）。

Claims (13)

1. 基部と、
   前記基部から、第１方向に延出し、平面視において前記第１方向に垂直な第２方向に幅を有し、且つ、前記第１方向および前記第２方向に垂直な第３方向に厚みを有する振動腕と、
   前記振動腕の前記第３方向に垂直な第１面および前記第１面に対向する第２面の少なくとも一方に設けられ、前記第１方向に電極指が配列された櫛歯電極と、を含み、
   前記櫛歯電極によって生じる前記第１方向の電界により、前記振動腕に前記第１方向の伸縮を生じさせて、前記振動腕を前記第３方向に振動させることを特徴とする振動片。
2. 請求項１に記載の振動片であって、
   前記振動腕の前記幅をｗとし、前記厚みをｔとしたとき、ｗ＞ｔであることを特徴とする振動片。
3. 請求項１または２に記載の振動片であって、
   前記振動片には水晶が用いられ、
   前記第１方向は水晶結晶軸のＸ軸方向であり、前記第２方向は水晶結晶軸のＹ軸方向であり、前記第３方向は水晶結晶軸のＺ軸方向であることを特徴とする振動片。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の振動片であって、
   前記櫛歯電極は、前記電極指の一方の側に隣接する他の前記電極指との間の距離をＬ１とし、前記電極指の他方の側に隣接する他の前記電極指との間の距離をＬ２としたときに、前記Ｌ２は前記Ｌ１よりも大きいことを特徴とする振動片。
5. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の振動片であって、
   前記振動腕の基部端付近の前記電極指の一方の側に隣接する他の前記電極指との間の距離をＬ１とし、前記電極指の他方の側に隣接する他の前記電極指との間の距離をＬ２とし、前記Ｌ２は前記Ｌ１よりも大きく、
   前記振動腕の先端部付近の前記電極指の一方の側に隣接する他の前記電極指との間の距離をＬ３とし、前記電極指の他方の側に隣接する他の前記電極指との間の距離をＬ４としたときに、前記Ｌ４は前記Ｌ３よりも大きく、
   且つ、前記Ｌ４は前記Ｌ２よりも大きいことを特徴とする振動片。
6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の振動片であって、
   前記櫛歯電極は、前記第１面および前記第２面に設けられ、
   前記第１面に設けられた第１櫛歯電極と、前記第２面に設けられた第２櫛歯電極とは、前記電界の方向が互いに逆であることを特徴とする振動片。
7. 請求項６に記載の振動片であって、
   前記第１櫛歯電極および前記第２櫛歯電極は、前記第３方向からの平面視において、極性の異なる前記電極指が互いに重ならないことを特徴とする振動片。
8. 請求項１ないし７のいずれか一項に記載の振動片であって、
   前記振動腕の前記第１面および前記第２面の少なくとも一方には凸部が設けられ、
   前記凸部の前記第１方向と直交する両側面の各々には、前記櫛歯電極を構成する前記電極指が設けられたことを特徴とする振動片。
9. 請求項１ないし８のいずれか一項に記載の振動片であって、
   前記振動腕が、複数本設けられたことを特徴とする振動片。
10. 請求項１ないし９のいずれか一項に記載の振動片であって、
    前記基部は、第１基部と第２基部とを含み、
    前記振動腕の一端と前記第１基部とを連結し、前記振動腕の他端と前記第２基部とを連結したことを特徴とする振動片。
11. 請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の振動片と、
    前記振動片を収容した収容体と、
    を含むことを特徴とする振動子。
12. 請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の振動片を含むことを特徴とするセンサー。
13. 請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の振動片を含むことを特徴とする電子機器。

Images