JP2012182610A - 振動片、振動子、発振器及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】振動腕の根元側の熱弾性損失が低減され、Ｑ値の低下を抑制できる振動片、及びこの振動片を備えた振動子、発振器、電子機器の提供。
【解決手段】水晶振動片１は、基部１０と、基部１０からＹ軸方向に延びる振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃと、を備え、振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、平面視において、Ｙ軸方向と直交するＸ軸方向に腕幅Ｗを有し、且つ、Ｙ軸方向とＸ軸方向とで特定される平面（ＸＹ平面）に対向した振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃの主面１０ａ，１０ｂに、Ｙ軸方向及びＸ軸方向と直交するＺ軸方向に振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃを振動させる励振電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃが設けられ、振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、Ｘ軸方向の腕幅Ｗが、振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃの根元側から先端側に向かうに連れて、細くなっていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動片、この振動片を備えた、振動子、発振器及び電子機器に関する。

従来、振動片としては、第１方向へ向けて配置された第１面を有し、第１方向と交差する第２方向に沿って配列された３個の腕部（以下、振動腕という）と、この振動腕の各々の第１面上に１個ずつ設けられた圧電体素子（励振電極）と、振動腕の一端を連結する基部と、を備えた音叉型振動子（以下、振動片という）が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−５０２２号公報

近年、振動片は、小型化の進展に伴う熱弾性損失（屈曲振動する振動片の圧縮部（温度が高くなる）と伸張部（温度が低くなる）との間で発生する熱伝導（温度平衡化現象）により生じる振動エネルギーの損失）の増大による、Ｑ値（振動の状態を現す無次元数であって、この値が大きいほど振動が安定であることを意味する）の低下の抑制が課題となっている。

上記特許文献１の振動片は、実施の形態において、振動腕が上記第１面と直交する方向に屈曲振動する振動形態（面外振動モード）であって、振動腕の腕厚を薄くすることによって屈曲振動時の曲げ応力を小さくして熱弾性損失を低減し、Ｑ値の低下を抑制しようと企図しているものと考えられる。

しかしながら、上記振動片は、各振動腕の平面形状及び各振動腕の長手方向に沿って厚さ方向に切断された断面形状が、共に矩形状となっている。
これにより、上記振動片は、屈曲振動の際に振動腕の根元部（基部との境界部分）で曲げ応力が最大になる。
この結果、上記振動片は、曲げ応力に伴って生じる熱エネルギーによって、根元部における熱弾性損失が大きくなるという問題がある。このことから、上記振動片は、Ｑ値の低下の抑制に更なる改善の余地がある。

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］本適用例にかかる振動片は、基部と、前記基部から第１方向に延びる振動腕と、を備え、前記振動腕は、平面視において、前記第１方向と直交する第２方向に腕幅を有し、且つ、前記第１方向と前記第２方向とで特定される前記振動腕の主面の少なくとも一方に、前記第１方向及び前記第２方向と直交する第３方向に前記振動腕を振動させる励振部が設けられ、前記振動腕は、前記第２方向の前記腕幅が、前記振動腕の根元側から先端側に向かうに連れて細くなっている部分を有することを特徴とする。

これによれば、振動片は、振動腕の第２方向の腕幅が、振動腕の根元側から先端側に向かうに連れて細くなっていることから、第３方向に振動（屈曲振動）する際の曲げ応力の分布が等応力分布に近くなる。
この結果、振動片は、振動腕の根元側における曲げ応力が緩和されて小さくなることから、根元側の熱弾性損失が低減され、Ｑ値の低下を抑制することができる。

［適用例２］上記適用例にかかる振動片において、前記振動腕は、前記第３方向の腕厚が、前記根元側から前記先端側に向かうに連れて薄くなっている部分を有することが好ましい。

これによれば、振動片は、振動腕の第３方向の腕厚が根元側から先端側に向かうに連れて薄くなっていることから、振動腕の根元側における曲げ応力が更に緩和されて小さくなる。
この結果、振動片は、根元側の熱弾性損失が更に低減され、Ｑ値の低下を更に抑制することができる。

［適用例３］上記適用例にかかる振動片において、前記振動腕は、平面視において、前記基部側を底辺とする三角形状または台形状に形成されていることが好ましい。

これによれば、振動片は、振動腕が平面視において、基部側を底辺とする三角形状または台形状に形成されていることから、例えば、階段状に細くなるような形状よりも振動腕における曲げ応力の分布が等応力分布に近づくことになる。
この結果、振動片は、振動腕の根元側における曲げ応力が更に緩和されて小さくなり、根元側の熱弾性損失が更に低減され、Ｑ値の低下を更に抑制することができる。

［適用例４］上記適用例にかかる振動片において、前記振動腕は、前記第１方向に沿って前記第３方向に切断された断面形状が、前記基部側を底辺とする三角形状または台形状であることが好ましい。

これによれば、振動片は、振動腕の第１方向に沿って第３方向に切断された断面形状が、基部側を底辺とする三角形状または台形状であることから、例えば、階段状に薄くなるような形状よりも振動腕における曲げ応力の分布が等応力分布に近づくことになる。
この結果、振動片は、振動腕の根元側における曲げ応力が更に緩和されて小さくなり、根元側の熱弾性損失が更に低減され、Ｑ値の低下を更に抑制することができる。

［適用例５］本適用例にかかる振動片は、基部と、前記基部から第１方向に延びる振動腕と、を備え、前記振動腕は、平面視において、前記第１方向と直交する第２方向に腕幅を有し、且つ、前記第１方向と前記第２方向とで特定される前記振動腕の主面の少なくとも一方に、前記第１方向及び前記第２方向と直交する第３方向に前記振動腕を振動させる励振部が設けられ、前記振動腕は、前記第３方向の前記腕厚が、前記振動腕の根元側から先端側に向かうに連れて薄くなっている部分を有することを特徴とする。

これによれば、振動片は、振動腕の第３方向の腕厚が、振動腕の根元側から先端側に向かうに連れて細くなっていることから、第３方向に振動（屈曲振動）する際の曲げ応力の分布が等応力分布に近くなる。
この結果、振動片は、振動腕の根元側における曲げ応力が緩和されて小さくなることから、根元側の熱弾性損失が低減され、Ｑ値の低下を抑制することができる。

［適用例６］上記適用例にかかる振動片において、前記励振部は、前記第２方向の幅が前記振動腕の前記根元側から前記先端側に向かうに連れて細くなっている部分を有することが好ましい。

これによれば、振動片は、励振部の第２方向の幅が振動腕の根元側から先端側に向かうに連れて細くなっていることから、振動腕を振動させる電界強度が根元側から先端側に向かうに連れて弱くなる。
この結果、振動片は、振動腕の振動に必要な電界を先端側に過剰に印加することなく、効率的に印加することができる。

［適用例７］上記適用例にかかる振動片において、前記励振部は、前記主面側に設けられた第１電極と、前記第１電極に対向して設けられた第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に配置された圧電体と、を備えたことが好ましい。

これによれば、振動片は、励振部が第１電極と、第１電極に対向して設けられた第２電極と、両電極間に配置された圧電体と、を備えたことから、励振部自体の伸縮によって振動腕を振動させることができる。
従って、振動片は、基材（構成の基本となる材料）に必ずしも圧電材料を用いる必要がないことから、基材の選択肢が広がり、例えば、シリコンなどの半導体材料を基材として用いることができる。

［適用例８］上記適用例にかかる振動片において、前記振動腕を複数備え、隣り合う前記振動腕同士が、互いに逆方向に振動することが好ましい。

これによれば、振動片は、振動腕を複数備え、隣り合う振動腕同士が、互いに逆方向に振動することから、力学的にバランスのとれた振動とすることができる。
このことから、振動片は、振動腕から基部への振動漏れが低減され、Ｑ値を向上させることができる。

［適用例９］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、前記振動片を収容したパッケージと、を備えたことを特徴とする。

これによれば、振動子は、上記適用例のいずれかに記載の振動片と、振動片を収容したパッケージと、を備えたことから、上記適用例のいずれかに記載の効果を奏する振動子を提供することができる。

［適用例１０］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、前記振動片を発振させる発振回路と、を備えたことを特徴とする。

これによれば、発振器は、上記適用例のいずれかに記載の振動片と、振動片を発振させる発振回路と、を備えたことから、上記適用例のいずれかに記載の効果を奏する発振器を提供することができる。

［適用例１１］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備えたことを特徴とする。

これによれば、電子機器は、上記適用例のいずれかに記載の振動片を備えたことから、上記適用例のいずれか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。

第１実施形態の水晶振動片の概略構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図。 図１（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図及び各励振電極の配線図。 水晶振動片の振動腕に加わるモーメントについて説明するグラフ。 第１実施形態の変形例の水晶振動片の概略構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図。 第２実施形態の水晶振動片の概略構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図。 第２実施形態の変形例の水晶振動片の概略構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図。 第３実施形態の水晶振動子の概略構成を示す模式図であり、（ａ）はリッド（蓋体）側から俯瞰した平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線での断面図。 第４実施形態の水晶発振器の概略構成を示す模式図であり、（ａ）はリッド側から俯瞰した平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線での断面図。 第５実施形態の携帯電話を示す模式斜視図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
最初に、振動片の一例として、基材に水晶を用いた水晶振動片について説明する。
図１は、第１実施形態の水晶振動片の概略構成を示す模式図である。図１（ａ）は、平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線での断面図である。なお、各配線は省略してあり、各構成要素の寸法比率は実際と異なる。
図２は、図１（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図及び各励振電極の配線図である。

図１に示すように、水晶振動片１は、基部１０と、基部１０から第１方向としての水晶結晶軸のＹ軸方向に延びる３本の振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃと、を備えている。
基部１０は、振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃ側に振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃと厚さが同じ連結部１２を備えている。振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、基部１０の連結部１２から延びている。
なお、図１（ｂ）に示すように、連結部１２を除いた基部１０の厚さは、パッケージなどの外部部材に固定されることを想定して、所定の剛性（強度）を確保するために、振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃの厚さ（腕厚）よりも厚く形成されている。

振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、平面視において、Ｙ軸方向と直交する第２方向としての水晶結晶軸のＸ軸方向に腕幅Ｗを有し、且つ、Ｙ軸方向とＸ軸方向とで特定される平面（ＸＹ平面）に対向した主面１０ａ，１０ｂの少なくとも一方に（ここでは主面１０ａ，１０ｂの両方に）、励振部としての励振電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃを有している。

振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、励振電極１３ａ〜１３ｃ，１４ａ〜１４ｃによって、Ｙ軸方向及びＸ軸方向と直交する第３方向としての水晶結晶軸のＺ軸方向（図１（ｂ）の矢印方向）に屈曲振動（面外振動：主面１０ａに沿わない方向の振動）する。
ここで、振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、Ｘ軸方向の腕幅Ｗが、振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃの根元側から先端側に向かうに連れて連続的に細くなっており、平面視において、基部１０側を底辺とする（基部１０（連結部１２）との仮想の境界線を底辺とする）三角形状に形成されている。
なお、水晶振動片１の外形形状は、フォトリソグラフィー、ウエットエッチングなどの技術を用いて形成される。

励振電極１３ａ〜１３ｃ，１４ａ〜１４ｃは、Ｘ軸方向の電極幅Ｗ１が振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃの根元側から先端側に向かうに連れて細くなるように形成されている。
主面１０ａ側の励振電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、主面１０ａに設けられた第１電極１３ａ１，１３ｂ１，１３ｃ１と、第１電極１３ａ１，１３ｂ１，１３ｃ１に対向するように設けられた第２電極１３ａ２，１３ｂ２，１３ｃ２と、第１電極１３ａ１，１３ｂ１，１３ｃ１と第２電極１３ａ２，１３ｂ２，１３ｃ２との間に配置された圧電体１５と、を備えた積層構造となっている。
同様に、主面１０ｂ側の励振電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、主面１０ｂに設けられた第１電極１４ａ１，１４ｂ１，１４ｃ１と、第１電極１４ａ１，１４ｂ１，１４ｃ１に対向するように設けられた第２電極１４ａ２，１４ｂ２，１４ｃ２と、第１電極１４ａ１，１４ｂ１，１４ｃ１と第２電極１４ａ２，１４ｂ２，１４ｃ２との間に配置された圧電体１５と、を備えた積層構造となっている。
各第１電極、各第２電極には、例えば、Ｃｒ、Ａｕなどの比較的に導電性の高い金属の膜が用いられ、圧電体１５には、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＰＺＴなどの比較的に圧電性の高い圧電材料の膜が用いられている。

ここで、水晶振動片１の動作について説明する。
図２に示すように、水晶振動片１の各励振電極は、各第１電極と各第２電極とが交差配線によって交流電源に接続され、駆動電圧としての交番電圧が印加されるようになっている。

具体的には、主面１０ａ側において、振動腕１１ａの第１電極１３ａ１と、振動腕１１ｂの第２電極１３ｂ２と、振動腕１１ｃの第１電極１３ｃ１とが同電位になるように接続され、振動腕１１ａの第２電極１３ａ２と、振動腕１１ｂの第１電極１３ｂ１と、振動腕１１ｃの第２電極１３ｃ２とが同電位になるように接続されている。
また、主面１０ｂ側において、振動腕１１ａの第１電極１４ａ１と、振動腕１１ｂの第２電極１４ｂ２と、振動腕１１ｃの第１電極１４ｃ１とが同電位になるように接続され、振動腕１１ａの第２電極１４ａ２と、振動腕１１ｂの第１電極１４ｂ１と、振動腕１１ｃの第２電極１４ｃ２とが同電位になるように接続されている。

この状態で、各第１電極と各第２電極との間に交番電圧を印加すると、各第１電極と各第２電極との間に電界が発生し、逆圧電効果により、圧電体１５に歪みが生じ、圧電体１５がＹ軸方向に伸縮する。
水晶振動片１は、この圧電体１５の伸縮が、主面１０ａ側と主面１０ｂ側とで逆になる。具体的には、主面１０ａ側が伸張したとき、主面１０ｂ側が収縮し、主面１０ａ側が収縮したとき、主面１０ｂ側が伸張する。
さらに、水晶振動片１は、圧電体１５の伸縮が、振動腕１１ａ，１１ｃと振動腕１１ｂとの間でも逆になる。具体的には、振動腕１１ａ，１１ｃの主面１０ａ側が伸張したとき、振動腕１１ｂの主面１０ａ側は収縮し、振動腕１１ａ，１１ｃの主面１０ａ側が収縮したとき、振動腕１１ｂの主面１０ａ側は伸張する。

このような圧電体１５の伸縮によって、水晶振動片１は、交番電圧が一方の電位のときに振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃが実線矢印の方向に屈曲し、交番電圧が他方の電位のときに振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃが破線矢印の方向に屈曲する。
これを繰り返すことで、水晶振動片１は、各振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃがＺ軸方向に屈曲振動（面外振動）をすることになる。この際、隣り合う振動腕（ここでは、１１ａと１１ｂ、１１ｂと１１ｃ）は、互いに逆方向に（逆相で）屈曲振動する。

このときの水晶振動片１の振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃに加わるモーメント（曲げ応力に比例する）について、図３を用いて説明する。
図３は、水晶振動片の振動腕に加わるモーメントについて説明するグラフである。グラフの実線は、本実施形態品を示し、破線は、振動腕の平面形状が矩形状の従来品を示す。図３の縦軸は、モーメント／（ρｗｈ）を示し、横軸は、振動腕の根元部を０、先端部を１としたときのＹ軸方向における位置を示す。

振動腕に加わるモーメントは、下記の数式で求められる。
数式（１）は、本実施形態品の場合の計算式であり、数式（２）は、振動腕の平面形状が矩形状の従来品の場合の計算式である。
なお、下記の数式で、ρ…密度、ｌ…Ｙ軸方向の長さ、ｗ…Ｘ軸方向の腕幅、ｈ…Ｚ軸方向の腕厚、ｙ…Ｙ軸方向における位置（根元部を０、先端部を１とする）である。

本実施形態品の場合、腕幅ｗは根元部から連続的に細くなり先端部で０になるので、各位置におけるモーメントは、

となる。
一方、従来品の場合、腕幅ｗは根元部から先端部まで同じなので、各位置におけるモーメントは、

となる。
なお、両者のモーメントは、ρ、ｌ、根元部のｗ、ｈが同じで、振動腕の平面形状（三角形状、矩形状）のみ異なる条件で算出した。

図３に示すように、上記算出結果によれば、本実施形態品は、従来品と比較して、根元側から先端側まで全域に亘って、曲げ応力に比例するモーメントが大幅に低下している。
また、本実施形態品は、従来品と比較して、折れ線の傾斜が緩やかであり、モーメントの各位置間における差が小さくなっていることが分かる。

上述したように、第１実施形態の水晶振動片１は、振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃのＸ軸方向の腕幅Ｗが、振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃの根元側から先端側に向かうに連れて細くなっていることから、Ｚ軸方向に屈曲振動する際の曲げ応力（モーメント）の分布が等応力分布に近くなる。
さらに、水晶振動片１は、振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃの平面形状が基部１０側を底辺とした三角形状になっていることから、例えば、根元側から先端側に向かうに連れて階段状に細くなるような形状よりも、振動腕における曲げ応力の分布が等応力分布に近づくことになる。
この結果、水晶振動片１は、振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃの根元側における曲げ応力が緩和されて小さくなることから、根元側における主面１０ａ側と主面１０ｂ側との温度差が小さくなることで、根元側の熱弾性損失が低減され、Ｑ値の低下を抑制することができる。

また、水晶振動片１は、振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃにおけるＺ軸方向の寸法（腕厚）が一様であることから、振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃの平面形状が三角形状であっても、ウエットエッチングなどの技術を用いて従来と同様に容易に外形形状を形成することができる。

また、水晶振動片１は、各励振電極のＸ軸方向の電極幅Ｗ１が振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃの根元側から先端側に向かうに連れて細くなっていることから、振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃを振動させる電界強度が、根元側から先端側に向かうに連れて弱くなる。
この結果、水晶振動片１は、振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃの振動に必要な電界を、振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃの先端側に過剰に印加することなく、効率的に印加することができる。

また、水晶振動片１は、各励振電極が各第１電極と、各第１電極に対向して設けられた各第２電極と、両電極間に配置された圧電体１５と、を備えたことから、励振電極自体の伸縮によって振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃを振動させることができる。
従って、水晶振動片１は、基材（構成の基本となる材料）に必ずしも圧電材料を用いる必要がないことから、基材の選択肢が広がり、例えば、シリコンなどの半導体材料を基材として用いることができる。

また、水晶振動片１は、振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃを３本備え、隣り合う振動腕同士（１１ａと１１ｂ、１１ｂと１１ｃ）が、互いに逆方向に屈曲振動することから、力学的にバランスのとれた屈曲振動とすることができる。
このことから、水晶振動片１は、振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃから基部１０への振動漏れが低減され、Ｑ値を向上させることができる。

また、水晶振動片１は、連結部１２を除いたＺ軸方向における基部１０の厚さが、Ｚ軸方向における振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃの厚さよりも厚いことから、基部１０の質量の増加によって、基部１０の質量と振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃの質量との差が大きくなっている。
これにより、水晶振動片１は、振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃの振動エネルギーが基部１０へ伝わり難くなることから、基部１０を介して外部部材へ漏れる振動エネルギーが、より減少することによって、Ｑ値の低下をより抑制することができる。

（変形例）
次に、上記第１実施形態の変形例について説明する。
図４は、第１実施形態の変形例の水晶振動片の概略構成を示す模式図である。図４（ａ）は、平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ線での断面図である。なお、各配線は省略してあり、各構成要素の寸法比率は実際と異なる。また、上記第１実施形態との共通部分には同一符号を付して詳細な説明を省略し、上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図４に示すように、水晶振動片２は、振動腕１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃの平面形状が第１実施形態の三角形状ではなく、基部１０側を底辺とする（基部１０（連結部１２）との仮想の境界線を底辺とする）台形状に形成されている。
これにより、水晶振動片２は、上記第１実施形態で述べた効果に加えて、振動腕１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃの先端部が鋭利でないことから、製造が容易となり第１実施形態と比較して、生産性を向上させることができる。

（第２実施形態）
次に、振動片の他の例として、第１実施形態と同様に基材に水晶を用いた水晶振動片について説明する。
図５は、第２実施形態の水晶振動片の概略構成を示す模式図である。図５（ａ）は、平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ線での断面図である。なお、各配線は省略してあり、各構成要素の寸法比率は実際と異なる。また、上記第１実施形態との共通部分には同一符号を付して詳細な説明を省略し、上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図５に示すように、水晶振動片３は、振動腕２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃのＸ軸方向の腕幅Ｗが、第１実施形態と同様に根元側から先端側に向かうに連れて連続的に細くなっており、平面視において、基部１０側を底辺とする三角形状に形成されている。且つ、水晶振動片３は、振動腕２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃのＺ軸方向の腕厚Ｔが、根元側から先端側に向かうに連れて連続的に薄くなっている。
詳述すると、水晶振動片３は、振動腕２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃのＹ軸方向に沿ってＺ軸方向に切断された断面形状（図５（ｂ）に示す形状）が、基部１０側を底辺とする（基部１０（連結部１２）との仮想の境界線を底辺とする）三角形状となるように形成されている。
換言すれば、水晶振動片３は、振動腕２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃが基部１０側を底面とする（基部１０（連結部１２）との仮想の境界面を底面とする）四角錐状に形成されている。

上述したように、第２実施形態の水晶振動片３は、Ｘ軸方向の腕幅Ｗに加えて、振動腕２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃのＺ軸方向の腕厚Ｔが根元側から先端側に向かうに連れて薄くなっており、Ｙ軸方向に沿ってＺ軸方向に切断された断面形状が、基部１０側を底辺とする三角形状となるように形成されている。
この結果、水晶振動片３は、振動腕２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃが基部１０側を底面とする四角錐状に形成されていることから、振動腕２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃの根元側における曲げ応力が更に緩和されて小さくなる。
したがって、水晶振動片３は、根元側の熱弾性損失が更に低減され、Ｑ値の低下を更に抑制することができる。

（変形例）
次に、上記第２実施形態の変形例について説明する。
図６は、第２実施形態の変形例の水晶振動片の概略構成を示す模式図である。図６（ａ）は、平面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ線での断面図である。なお、各配線は省略してあり、各構成要素の寸法比率は実際と異なる。また、上記第２実施形態との共通部分には同一符号を付して詳細な説明を省略し、上記第２実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図６に示すように、水晶振動片４は、振動腕３１１ａ，３１１ｂ，３１１ｃの平面形状及びＹ軸方向に沿ってＺ軸方向に切断された断面形状が、第２実施形態の三角形状ではなく、基部１０側を底辺とする台形状に形成されている。
これにより、水晶振動片４は、上記第２実施形態で述べた効果に加えて、振動腕３１１ａ，３１１ｂ，３１１ｃの先端部が鋭利でないことから、製造が容易となり第２実施形態と比較して、生産性を向上させることができる。

（第３実施形態）
次に、上記各実施形態及び各変形例で述べた水晶振動片（振動片）を備えた振動子としての水晶振動子について説明する。
図７は、第３実施形態の水晶振動子の概略構成を示す模式図である。図７（ａ）は、リッド（蓋体）側から俯瞰した平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＣ−Ｃ線での断面図である。なお、平面図では、リッドを省略してある。また、各配線は省略してある。
なお、上記第１実施形態との共通部分には、同一符号を付して詳細な説明を省略し、上記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図７に示すように、水晶振動子５は、上記第１実施形態で述べた水晶振動片１と、水晶振動片１を収容したパッケージ２０と、を備えている。

パッケージ２０は、平面形状が略矩形で凹部を有したパッケージベース２１と、パッケージベース２１の凹部を覆う平面形状が略矩形で平板状のリッド２２と、を有し、略直方体形状に形成されている。
パッケージベース２１には、セラミックグリーンシートを成形して積層し焼成した酸化アルミニウム質焼結体、水晶、ガラス、シリコンなどが用いられている。
リッド２２には、パッケージベース２１と同材料、または、コバール、４２アロイ、ステンレス鋼などの金属が用いられている。

パッケージベース２１には、内底面（凹部の内側の底面）２３に、内部端子２４，２５が設けられている。
内部端子２４，２５は、水晶振動片１の基部１０に設けられた接続電極１８ａ，１８ｂの近傍となる位置に略矩形状に形成されている。接続電極１８ａ，１８ｂは、図示しない配線により、水晶振動片１の各励振電極（１３ｂなど）の第１電極（１３ｂ１など）及び第２電極（１３ｂ２など）に接続されている。
例えば、図２の配線において、交流電源の一方側の配線が接続電極１８ａに接続され、他方側の配線が接続電極１８ｂに接続されている。

パッケージベース２１の外底面（内底面２３の反対側の面、外側の底面）２６には、電子機器などの外部部材に実装される際に用いられる一対の外部端子２７，２８が形成されている。
外部端子２７，２８は、図示しない内部配線によって内部端子２４，２５と接続されている。例えば、外部端子２７は、内部端子２４と接続され、外部端子２８は、内部端子２５と接続されている。
内部端子２４，２５及び外部端子２７，２８は、Ｗ（タングステン）などのメタライズ層にＮｉ、Ａｕなどの各被膜をメッキなどの方法により積層した金属膜からなる。

水晶振動子５は、水晶振動片１の基部１０の固定部分（連結部１２より厚い部分）が、エポキシ系、シリコーン系、ポリイミド系などの接着剤３０を介して、パッケージベース２１の内底面２３に固定されている。
そして、水晶振動子５は、水晶振動片１の接続電極１８ａ，１８ｂが、Ａｕ、Ａｌなどの金属ワイヤー３１により内部端子２４，２５と接続されている。
水晶振動子５は、水晶振動片１がパッケージベース２１の内部端子２４，２５と接続された状態で、パッケージベース２１の凹部がリッド２２により覆われ、パッケージベース２１とリッド２２とがシームリング、低融点ガラス、接着剤などの接合部材２９で接合されることにより、パッケージ２０の内部が気密に封止されている。
なお、パッケージ２０の内部は、減圧状態（真空度の高い状態）または窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが充填された状態となっている。

なお、パッケージは、平板状のパッケージベースと凹部を有するリッドなどから構成されていてもよい。また、パッケージは、パッケージベース及びリッドの両方に凹部を有していてもよい。

水晶振動子５は、外部端子２７，２８、内部端子２４，２５、金属ワイヤー３１、接続電極１８ａ，１８ｂを経由して励振電極（１３ｂなど）に印加される駆動信号（交番電圧）によって、水晶振動片１の各振動腕（１１ｂなど）が所定の周波数（例えば、約３２ｋＨｚ）で、厚さ方向（図７（ｂ）の矢印方向）に発振（共振）する。

上述したように、第３実施形態の水晶振動子５は、水晶振動片１を備えたことから、上記第１実施形態に記載された効果を奏する振動子（例えば、各振動腕（１１ｂなど）の根元側の熱弾性損失が低減され、Ｑ値の低下を抑制することができる振動子）を提供することができる。
なお、水晶振動子５は、水晶振動片１に代えて他の水晶振動片（２など）を備えた場合においても、上記と同様の効果及び各水晶振動片の特有の効果を奏する振動子を提供することができる。

（第４実施形態）
次に、上記各実施形態及び各変形例で述べた水晶振動片（振動片）を備えた発振器としての水晶発振器について説明する。
図８は、第４実施形態の水晶発振器の概略構成を示す模式図である。図８（ａ）は、リッド側から俯瞰した平面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＣ−Ｃ線での断面図である。なお、平面図では、リッド及び一部の構成要素を省略してある。また、各配線は省略してある。
なお、上記第１実施形態及び第３実施形態との共通部分には、同一符号を付して詳細な説明を省略し、上記第１実施形態及び第３実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図８に示すように、水晶発振器６は、上記第１実施形態で述べた水晶振動片１と、水晶振動片１を発振させる発振回路としてのＩＣチップ４０と、水晶振動片１及びＩＣチップ４０を収容したパッケージ２０と、を備えている。

パッケージベース２１の内底面２３には、内部接続端子２３ａが設けられている。
発振回路を内蔵するＩＣチップ４０は、パッケージベース２１の内底面２３に、図示しない接着剤などを用いて固定されている。
ＩＣチップ４０は、図示しない接続パッドが、Ａｕ、Ａｌなどの金属ワイヤー４１により内部接続端子２３ａと接続されている。

内部接続端子２３ａは、Ｗ（タングステン）などのメタライズ層にＮｉ、Ａｕなどの各被膜をメッキなどにより積層した金属膜からなり、図示しない内部配線を経由して、パッケージ２０の外部端子２７，２８、内部端子２４，２５などに接続されている。
なお、ＩＣチップ４０の接続パッドと内部接続端子２３ａとの接続には、金属ワイヤー４１を用いたワイヤーボンディングによる接続方法以外に、ＩＣチップ４０を反転させてのフリップチップ実装による接続方法などを用いてもよい。

水晶発振器６は、ＩＣチップ４０から内部接続端子２３ａ、内部端子２４，２５、金属ワイヤー３１、接続電極１８ａ，１８ｂを経由して励振電極（１３ｂなど）に印加される駆動信号によって、水晶振動片１の各振動腕（１１ｂなど）が所定の周波数（例えば、約３２ｋＨｚ）で発振（共振）する。
そして、水晶発振器６は、この発振に伴って生じる発振信号をＩＣチップ４０、内部接続端子２３ａ、外部端子２７，２８などを経由して外部に出力する。

上述したように、第４実施形態の水晶発振器６は、水晶振動片１を備えたことから、上記第１実施形態に記載された効果を奏する発振器（例えば、各振動腕（１１ｂなど）の根元側の熱弾性損失が低減され、Ｑ値の低下を抑制することができる発振器）を提供することができる。
なお、水晶発振器６は、水晶振動片１に代えて他の水晶振動片（２など）を備えた場合においても、上記と同様の効果及び各水晶振動片の特有の効果を奏する発振器を提供することができる。
また、水晶発振器６は、ＩＣチップ４０をパッケージ２０に内蔵ではなく、外付けした構成のモジュール構造（例えば、１つの基板上に水晶振動子及びＩＣチップが個別に搭載されている構造）としてもよい。

（第５実施形態）
次に、上記各実施形態及び各変形例で述べた水晶振動片（振動片）を備えた電子機器としての携帯電話について説明する。
図９は、第５実施形態の携帯電話を示す模式斜視図である。
図９に示す携帯電話７００は、上記第１実施形態で述べた水晶振動片１を、基準クロック発振源などとして備え、更に液晶表示装置７０１、複数の操作ボタン７０２、受話口７０３、及び送話口７０４を備えて構成されている。

上述した水晶振動片（１など）は、上記携帯電話に限らず、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、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、ＰＯＳ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記各実施形態及び各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。

なお、上記各実施形態及び各変形例では、振動腕全体を平面視及び断面視の少なくとも一方において先細りさせる形態について説明したが、これに限定するものではなく、振動腕の先端部を根元側よりも幅広の形状（所謂ハンマーヘッドタイプ）にしたり、振動腕の先端部を根元側よりも厚くしたり（ハンマーヘッドタイプの変形版）、振動腕の途中部分を根元側よりも幅広の形状にしたり、振動腕の途中部分を根元側よりも厚くしたりしてもよい。

なお、振動片の振動腕の平面形状及びＹ軸方向に沿ってＺ軸方向に切断された断面形状は、三角形状または台形状に限定するものではなく、根元側から先端側に向かうに連れて段階的（例えば、階段状）に腕幅Ｗが細くなる（腕厚Ｔが薄くなる）形状であってもよい。また、上記平面形状及び断面形状は、直線ではなく曲線で形成されていてもよく、直線と曲線とが組み合わされて形成されていてもよい。
また、振動片の励振電極の平面形状は、矩形状であってもよい。また、振動片の励振電極は、一方の主面のみに設けられていてもよい。

また、振動片の振動腕の数は、３本に限定するものではなく、１本または２本でもよく、ｎ本（ｎは４以上の自然数）であってもよい。
なお、振動片の基部の厚さは、全域に亘って振動腕と同じ厚さにしてもよい。これによれば、振動片は、平板状となることから、製造が容易となる。

なお、振動片の基材としての水晶には、水晶の原石などから所定の角度で切り出された、例えば、Ｚカット板、Ｘカット板などを用いることができる。なお、Ｚカット板を用いた場合には、その特性によってエッチング加工が容易となり、Ｘカット板を用いた場合には、その特性によって温度−周波数特性が良好となる。

また、振動片の基材は、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）などの圧電材料、またはシリコンなどの半導体材料であってもよい。

１，２，３，４…振動片としての水晶振動片、５…振動子としての水晶振動子、６…発振器としての水晶発振器、１０…基部、１０ａ，１０ｂ…主面、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…振動腕、１２…連結部（基部の一部）、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…励振電極、１３ａ１，１３ｂ１，１３ｃ１，１４ａ１，１４ｂ１，１４ｃ１…第１電極、１３ａ２，１３ｂ２，１３ｃ２，１４ａ２，１４ｂ２，１４ｃ２…第２電極、１５…圧電体、１８ａ，１８ｂ…接続電極、２０…パッケージ、２１…パッケージベース、２２…リッド、２３…内底面、２３ａ…内部接続端子、２４，２５…内部端子、２６…外底面、２７，２８…外部端子、２９…接合部材、３０…接着剤、３１…金属ワイヤー、４０…発振回路としてのＩＣチップ、４１…金属ワイヤー、１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃ，３１１ａ，３１１ｂ，３１１ｃ…振動腕、７００…携帯電話、７０１…液晶表示装置、７０２…操作ボタン、７０３…受話口、７０４…送話口。

Claims (11)

1. 基部と、
   前記基部から第１方向に延びる振動腕と、を備え、
   前記振動腕は、平面視において、前記第１方向と直交する第２方向に腕幅を有し、且つ、前記第１方向と前記第２方向とで特定される前記振動腕の主面の少なくとも一方に、前記第１方向及び前記第２方向と直交する第３方向に前記振動腕を振動させる励振部が設けられ、
   前記振動腕は、前記第２方向の前記腕幅が、前記振動腕の根元側から先端側に向かうに連れて細くなっている部分を有する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、前記振動腕は、前記第３方向の腕厚が、前記根元側から前記先端側に向かうに連れて薄くなっている部分を有することを特徴とする振動片。
3. 請求項１または請求項２に記載の振動片において、前記振動腕は、平面視において、前記基部側を底辺とする三角形状または台形状に形成されていることを特徴とする振動片。
4. 請求項２または請求項３に記載の振動片において、前記振動腕は、前記第１方向に沿って前記第３方向に切断された断面形状が、前記基部側を底辺とする三角形状または台形状であることを特徴とする振動片。
5. 基部と、
   前記基部から第１方向に延びる振動腕と、を備え、
   前記振動腕は、平面視において、前記第１方向と直交する第２方向に腕幅を有し、且つ、前記第１方向と前記第２方向とで特定される前記振動腕の主面の少なくとも一方に、前記第１方向及び前記第２方向と直交する第３方向に前記振動腕を振動させる励振部が設けられ、
   前記振動腕は、前記第３方向の前記腕厚が、前記振動腕の根元側から先端側に向かうに連れて薄くなっている部分を有することを特徴とする振動片。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の振動片において、前記励振部は、前記第２方向の幅が前記振動腕の前記根元側から前記先端側に向かうに連れて細くなっている部分を有することを特徴とする振動片。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の振動片において、前記励振部は、前記主面側に設けられた第１電極と、
   前記第１電極に対向して設けられた第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に配置された圧電体と、
   を備えたことを特徴とする振動片。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の振動片において、前記振動腕を複数備え、隣り合う前記振動腕同士が、互いに逆方向に振動することを特徴とする振動片。
9. 請求項１ないし請求項８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パッケージと、
   を備えたことを特徴とする振動子。
10. 請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の振動片と、
    前記振動片を発振させる発振回路と、
    を備えたことを特徴とする発振器。
11. 請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の振動片を備えたことを特徴とする電子機器。

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