JP2013098812A - 圧電振動片及び圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、励振部への応力の影響が抑えられた圧電振動片及び圧電デバイスを提供する。
【解決手段】圧電振動片（１３０）は、両主面に一対の励振電極（１３４）が形成され第１方向に伸びる第１辺（１３８ａ）及び第１辺よりも長く第１方向に直交する第２方向に伸びる第２辺（１３８ｂ）を含む矩形形状の励振部（１３１）と、励振部を囲む枠部（１３２）と、励振部の第１辺と枠部とを連結し枠部よりも厚さが薄い連結部（１３３）と、を備え、連結部又は連結部と連結部の第２方向に形成される励振電極との間の領域の少なくとも一方に、厚さ方向に突き出た突起部（１３３ａ）が形成され、突起部の第１方向の長さが連結部の第１方向の長さと同等又はそれ以上である。
【選択図】 図３

Description

本発明は、励振部への応力の影響が抑えられた圧電振動片及び圧電デバイスに関する。

所定の周波数で振動する励振部と、励振部の周りを囲む枠部と、励振部及び枠部を連結する連結部と、を有する圧電振動片が知られている。このような圧電振動片には枠部の表裏面にリッド板及びベース板が接合されて圧電デバイスが形成され、圧電デバイスはプリント基板などに実装されて用いられる。このような圧電デバイスはプリント基板にかかる応力を受ける場合があり、圧電デバイスにかかる応力は、圧電振動片に影響を与え、励振部の振動周波数の特性を変化させる。

このような問題に対して、例えば特許文献１では連結部にノコギリ歯状の切欠きを形成することにより枠部から励振部へ伝達される応力が緩和されることが期待される旨が示されている。また、切欠きの深さが枠部の半分以上となり、枠部と励振部とが直線でつながらなくなる場合には、熱や応力の実質的な伝達距離が増すこととなり、大きな緩和効果を奏することとなる旨が示されている。

特開２００７−２１４９４２号公報

しかし、特許文献１に記載の圧電振動片は連結部に切欠きが形成されるため落下による衝撃等に弱くなることが考えられる。特に最近の圧電振動片は圧電デバイスの小型化のために薄型化されていることもあり、切欠きの形成による耐衝撃性の低下が懸念される。また、特許文献１では励振部の向かい合う辺にそれぞれ連結部が形成される両持ちの圧電振動片が開示されているが、励振部の１つの辺のみに連結部が連結される片持ちの圧電振動片では耐衝撃性がさらに弱くなる。そのため、圧電振動片には、励振部への応力の影響が抑えられるとともに十分な耐衝撃性を有することも望まれている。

本発明は、連結部又は連結部と励振電極との間の領域の少なくとも一方に、厚さ方向に突き出た突起部を形成することにより、励振部への応力の影響が抑えられた圧電振動片及び圧電デバイスを提供することを目的とする。

第１観点の圧電振動片は、両主面に一対の励振電極が形成され、第１方向に伸びる第１辺及び第１辺よりも長く第１方向に直交する第２方向に伸びる第２辺を含む矩形形状の励振部と、励振部を囲む枠部と、励振部の第１辺と枠部とを連結し枠部よりも厚さが薄い連結部と、を備え、連結部又は連結部と連結部の第２方向に形成される励振電極との間の領域の少なくとも一方に厚さ方向に突き出た突起部が形成され、突起部の第１方向の長さが連結部の第１方向の長さと同等又はそれ以上である。

第２観点の圧電振動片は、第１観点において、連結部が励振部の第１辺の中央に連結されている。

第３観点の圧電振動片は、第１観点及び第２観点において、突起部が両主面に形成され、一方の主面に形成される突起部と、他方の主面に形成される突起部とが厚さ方向に対称になるように形成されている。

第４観点の圧電振動片は、第１観点から第３観点において、励振部が、励振電極が形成されるメサ領域と、メサ領域の周囲に形成されメサ領域よりも厚さが薄い周辺領域と、を有し、周辺領域の厚さと連結部の厚さとが等しい。

第５観点の圧電振動片は、第４観点において、突起部の厚さ方向の高さと、メサ領域の周辺領域からの厚さ方向への高さとが等しい。

第６観点の圧電デバイスは、第１観点から第５観点に記載の圧電振動片と、圧電振動片の枠部の一方の主面に接合されるリッド板と、圧電振動片の枠部の他方の主面に接合されるベース板と、を含む。

本発明の圧電振動片及び圧電デバイスによれば、励振部への応力の影響を抑えることができる。

圧電デバイス１００の分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面の断面図である。 （ａ）は、圧電振動片１３０の平面図である。 （ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 （ａ）は、電極が形成されていない圧電振動片１３０の平面図である。 （ｂ）は、図４（ａ）の点線１６１の拡大平面図である。 （ｃ）は、圧電振動片１３０の短辺曲げのシミュレーション結果である。 （ａ）は、励振部１３１の応力分布が示されたグラフである。 （ｂ）は、メサ領域１３１ａの中心点１３９ａ及び励振部１３１の−Ｘ軸側の端部の点１３９ｂでの短辺曲げの応力が示されたグラフである。 （ａ）は、圧電振動片２３０の断面図である。 （ｂ）は、圧電振動片３３０の断面図である。 （ａ）は、電極が形成されていない圧電振動片４３０の平面図である。 （ｂ）は、圧電振動片４３０の短辺曲げのシミュレーション結果である。 （ａ）は、励振部４３１の応力分布が示されたグラフである。 （ｂ）は、メサ領域４３１ａの中心点４３９ａ及び励振部４３１の−Ｘ軸側の端点４３９ｂでの短辺曲げの応力が示されたグラフである。 （ａ）は、電極が形成されていない圧電振動片５３０の平面図である。 （ｂ）は、圧電振動片５３０の短辺曲げのシミュレーション結果である。 （ａ）は、電極が形成されていない圧電振動片６３０の平面図である。 （ｂ）は、電極が形成されていない圧電振動片７３０の平面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

（第１実施形態）
＜圧電デバイス１００の構成＞
図１は、圧電デバイス１００の分解斜視図である。圧電デバイス１００は、リッド板１１０と、ベース板１２０と、圧電振動片１３０と、により構成されている。圧電振動片１３０には例えばＡＴカットの水晶振動片が用いられる。ＡＴカットの水晶振動片は、主面（ＹＺ面）が結晶軸（ＸＹＺ）のＹ軸に対して、Ｘ軸を中心としてＺ軸からＹ軸方向に３５度１５分傾斜されている。以下の説明では、ＡＴカットの水晶振動片の軸方向を基準とし、傾斜された新たな軸をＹ’軸及びＺ’軸として用いる。すなわち、圧電デバイス１００においては圧電デバイス１００の長辺方向をＸ軸方向、圧電デバイス１００の高さ方向をＹ’軸方向、Ｘ及びＹ’軸方向に垂直な方向をＺ’軸方向として説明する。

圧電振動片１３０は、所定の周波数で振動し四角形状に形成された励振部１３１と、励振部１３１を囲む枠部１３２と、励振部１３１と枠部１３２とを連結する１本の連結部１３３と、により構成されている。励振部１３１と枠部１３２との間の連結部１３３以外の領域は、圧電振動片１３０をＹ’軸方向に貫通する貫通孔１３６となっている。励振部１３１の＋Ｙ’軸側の面及び−Ｙ’軸側の面には励振電極１３４が形成されている。また励振部１３１は、励振電極１３４が形成されるメサ領域１３１ａと、メサ領域１３１ａの周囲に形成されメサ領域１３１ａよりもＹ’軸方向の厚さが薄い周辺領域１３１ｂと、により形成されている。＋Ｙ’軸側及び−Ｙ’軸側の面に形成されている励振電極１３４からは、連結部１３３を通り枠部１３２の−Ｙ’軸側の面にまでそれぞれ引出電極１３５が引き出されている。さらに、連結部１３３の＋Ｙ’軸側及び−Ｙ’軸側の面には、連結部１３３からＹ’軸方向に突き出た突起部１３３ａ（図２参照）が形成されている。

ベース板１２０は、圧電振動片１３０の−Ｙ’軸側に配置される。ベース板１２０はＸ軸方向に長辺、Ｚ’軸方向に短辺を有する矩形形状に形成されている。ベース板１２０の−Ｙ’軸側の面には一対の外部電極１２４が形成されている。この外部電極１２４がハンダを介してプリント基板等に固定され電気的に接続されることにより、圧電デバイス１００がプリント基板等に実装される。また、ベース板１２０の四隅の側面にはキャスタレーション１２６が形成されており、キャスタレーション１２６にはキャスタレーション電極１２５が形成されている。ベース板１２０の＋Ｙ’軸側の面には凹部１２１が形成されており、凹部１２１の周りには接合面１２２が形成されている。また、接合面１２２の四隅でありキャスタレーション１２６の周りには接続電極１２３が形成されている。この接続電極１２３は、キャスタレーション１２６に形成されるキャスタレーション電極１２５を介して外部電極１２４に電気的に接続されている。ベース板１２０は、接合面１２２において封止材１４１（図２参照）を介して圧電振動片１３０の枠部１３２の−Ｙ’軸側の面に接合される。また、接続電極１２３と圧電振動片１３０の引出電極１３５とが電気的に接続される。

リッド板１１０は、圧電振動片１３０の＋Ｙ’軸側に配置される。リッド板１１０の−Ｙ’軸側の面には凹部１１１が形成されており、凹部１１１の周りには接合面１１２が形成されている。リッド板１１０は、接合面１１２において封止材１４１（図２参照）を介して圧電振動片１３０の枠部１３２の＋Ｙ’軸側の面に接合される。

図２は、図１のＡ−Ａ断面の断面図である。圧電デバイス１００は、圧電振動片１３０の枠部１３２の＋Ｙ’軸側の面にリッド板１１０の接合面１１２が封止材１４１を介して接合され、枠部１３２の−Ｙ’軸側の面にベース板１２０の接合面１２２が封止材１４１を介して接合されている。圧電振動片１３０とベース板１２０とが接合される際には、枠部１３２の−Ｙ’軸側の面に形成されている引出電極１３５とベース板１２０の接合面１２２に形成されている接続電極１２３とが電気的に接続される。これによりメサ領域１３１ａの＋Ｙ’軸側及び−Ｙ’軸側に形成されている各励振電極１３４は、引出電極１３５、接続電極１２３、及びキャスタレーション電極１２５を介して外部電極１２４に電気的に接続される。

図３（ａ）は、圧電振動片１３０の平面図である。圧電振動片１３０は、矩形形状に形成された励振部１３１と、励振部１３１を囲む枠部１３２と、励振部１３１と枠部１３２とを連結する１本の連結部１３３と、により構成されている。励振部１３１は、励振部１３１の−Ｘ軸側の辺である第１辺１３８ａと、励振部１３１の＋Ｚ’軸側及び−Ｚ’軸側の辺である第２辺１３８ｂと、を有している。連結部１３３は、励振部１３１の第１辺１３８ａの中央に連結され、そこから−Ｘ軸方向に伸びて枠部１３２に連結されている。また、励振部１３１と枠部１３２との間の連結部１３３以外の領域は、圧電振動片１３０をＹ’軸方向に貫通する貫通孔１３６となっている。励振部１３１に形成されている周辺領域１３１ｂはメサ領域１３１ａを囲むように形成されている。メサ領域１３１ａの＋Ｙ’軸側の面に形成されている励振電極１３４からは、周辺領域１３１ｂ、連結部１３３の＋Ｙ’軸側の面、連結部１３３の＋Ｚ’軸側の側面１３３ｂ、及び連結部１３３の−Ｙ’軸側の面を介し、枠部１３２の−Ｙ’軸側の面の−Ｘ軸側の＋Ｚ’軸側の角部にまで引出電極１３５が引き出されている。また、メサ領域１３１ａの−Ｙ’軸側の面に形成されている励振電極１３４（図３（ｂ）参照）からは、周辺領域１３１ｂ及び連結部１３３の−Ｙ’軸側の面を介して枠部１３２に引出電極１３５が引き出され、引出電極１３５はさらに枠部１３２の−Ｙ’軸側の面を−Ｚ’軸方向及び＋Ｘ軸方向に伸びて枠部１３２の−Ｙ’軸側の面の＋Ｘ軸側の−Ｚ’軸側の角部にまで引き出されている。

図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。連結部１３３に形成される突起部１３３ａは、連結部１３３の＋Ｙ’軸側の面及び−Ｙ’軸側の面にそれぞれ２つずつ形成されており、＋Ｙ’軸側に形成されている突起部と−Ｙ’軸側の面に形成されている突起部とは互いにＹ’軸方向に対称になるように形成されている。圧電振動片１３０は、枠部１３２のＹ’軸方向への厚さが厚さＴ１、突起部１３３ａが形成されている領域の連結部１３３及びメサ領域１３１ａのＹ’軸方向の厚さが厚さＴ２、突起部１３３ａが形成されていない領域の連結部１３３及び周辺領域１３１ｂのＹ’軸方向の厚さが厚さＴ３に形成されている。圧電振動片１３０では、厚さＴ１は厚さＴ２及び厚さＴ３よりも厚く形成されており、厚さＴ２は厚さＴ３より厚く形成されている。圧電振動片１３０では、周波数が例えば４０ＭＨｚである場合に、厚さＴ２が４１．７５μｍに形成される。

＜圧電振動片１３０のシミュレーション結果＞
圧電デバイスがプリント基板に実装された状態において、プリント基板を曲げた場合に圧電振動片にかかる応力を求めるためのシミュレーションを行った。シミュレーションは、プリント基板を圧電デバイス１００の長辺方向（Ｘ軸方向）に曲げた場合（長辺曲げ）及び短辺方向（Ｚ’軸方向）に曲げた場合（短辺曲げ）の２つの場合を想定して行った。以下に圧電振動片のシミュレーション結果について説明する。

図４（ａ）は、電極が形成されていない圧電振動片１３０の平面図である。圧電振動片１３０の枠部１３２のＺ’軸方向の全体の長さを長さＷＡ、枠部１３２のＸ軸方向の全体の長さを長さＬＡ、励振部１３１の第１辺１３８ａの長さを長さＷＳ、第２辺１３８ｂの長さを長さＬＳ、メサ領域１３１ａのＸ軸方向の長さをＬＭ、メサ領域のＺ’軸方向の長さを長さＷＭ、連結部１３３のＺ’軸方向の長さを長さＷＲ、及び連結部１３３のＸ軸方向の長さを長さＬＲとする。シミュレーションでは、長さＬＡを２．０ｍｍ、長さＷＡを１．６ｍｍ、長さＬＳを１．３ｍｍ、長さＷＳを０．９５ｍｍ、長さＬＭを０．７８ｍｍ、長さＷＭを０．６６ｍｍ、長さＬＲを０．２ｍｍ、長さＷＲを０．３２ｍｍとして行った。

図４（ｂ）は、図４（ａ）の点線１６１の拡大平面図である。突起部１３３ａのＸ軸方向の長さを長さＬＴ、突起部１３３ａが形成されていない領域のＸ軸方向の長さを長さＬＲａとすると、圧電振動片１３０では、長さＬＴ及び長さＬＲａを共に０．０５ｍｍとしている。突起部１３３ａのＺ’軸方向の長さは、連結部１３３のＺ’軸方向の長さと同じ長さＷＲである。

図４（ｃ）は、圧電振動片１３０の短辺曲げのシミュレーション結果である。図４（ｃ）では、圧電振動片１３０の励振部１３１及び連結部１３３のみの平面図が示されている。図４（ｃ）では、メサ領域１３１ａの色（白色）がほぼ応力がかかっていない状態の色であり、この色よりも濃い箇所には応力がかかっていることを示している。また、黒色に近い箇所にはもっとも強い応力がかかっていることを示している。図４（ｃ）では、連結部１３３に色が濃い部分が示されており、連結部１３３に強い応力がかかることが想定される。また、連結部１３３から周辺領域１３１ｂに向かって色の薄い領域（灰色の領域）が伸びており、連結部１３３から周辺領域１３１ｂに応力がかかる領域が伸びていることが分かる。また、メサ領域１３１ａの中心点を点１３９ａ、中心点１３９ａを通りＸ軸に平行な直線を直線１３９、直線１３９上の点であり励振部１３１の−Ｘ軸側の端部を点１３９ｂとする。

図５（ａ）は、励振部１３１の応力分布が示されたグラフである。図５（ａ）は、図４（ｃ）の直線１３９上の応力分布が示されており、横軸にＸ軸方向位置（ｍｍ）、縦軸に応力（ＭＰａ）が示されている。Ｘ軸方向位置は、メサ領域１３１ａの中心点である点１３９ａ（図４（ｃ）参照）を０．０ｍｍとし、点１３９ａから＋Ｘ軸方向への距離が正の値、−Ｘ軸方向への距離が負の値として示されている。また、縦軸に示された応力は、正の値である場合に引っ張り応力がかかり、負の値である場合には圧縮応力がかかる場合を示している。図５（ａ）では、圧電振動片に突起部１３３ａが形成された場合と形成されていない場合との結果が示され、また、それぞれの結果について長辺曲げと短辺曲げとの結果が示されている。図５（ａ）では、黒塗りの菱形が突起部１３３ａなしの長辺曲げ、白抜きの菱形が突起部１３３ａなしの短辺曲げ、白抜きの丸が突起部１３３ａ有りの長辺曲げ、黒塗りの丸が突起部１３３ａ有りの短辺曲げの結果を示している。

図５（ａ）では、突起部なしの長辺曲げ（黒塗り菱形）と突起部有りの長辺曲げ（白抜き丸）との値は、ほぼ同じ値を取っている。すなわち、長辺曲げの場合には突起部の有無による違いは見られない。一方、突起部なしの短辺曲げ（白抜き菱形）と突起部有りの短辺曲げ（黒塗り丸）とでは、Ｘ軸方向位置が約−０．５ｍｍから−０．２ｍｍの範囲で突起部有りの短辺曲げの方が突起部なしの短辺曲げよりも応力の大きさが小さくなっている。

図５（ｂ）は、メサ領域１３１ａの中心点１３９ａ及び励振部１３１の−Ｘ軸側の端部の点１３９ｂでの短辺曲げの応力が示されたグラフである。横軸には点１３９ａ及び点１３９ｂが示され、縦軸には応力が示されている。また、図５（ｂ）では、各点における突起部有りと突起部なしとの応力が示されている。メサ領域１３１ａの中心点１３９ａでは、突起部なしの場合の応力が−０．０９７ＭＰａであり、突起部有りの場合の応力が−０．０９０ＭＰａである。また、励振部１３１の端点１３９ｂでは、突起部なしの場合の応力値が−０．８００ＭＰａであり、突起部ありの場合の応力値が−０．６５５ＭＰａである。メサ領域１３１ａの中心点１３９ａ及び励振部１３１の端点１３９ｂでは突起部有りの場合は突起部なしの場合よりも応力が小さく、励振部１３１の端点１３９ｂでは応力の強さが約１８％減少していることが分かる。

圧電振動片１３０では励振部１３３に突起部１３３ａが形成されることにより励振部１３１にかかる応力が減少することがシミュレーションにより確認された。また、連結部１３３の強度は突起部が形成されることにより弱くなるわけではないため、圧電振動片の耐衝撃性は突起部が形成されることにより弱くならないと考えられる。したがって、圧電振動片１３０では連結部１３３に突起部１３３ａが形成されることにより耐衝撃性を損なうことなく励振部１３１にかかる応力を減少させることができ、圧電振動片の振動周波数などの特性変化を防ぐことができる。

＜＜圧電振動片１３０の変形例＞＞
連結部に形成される突起部は、圧電振動片１３０に形成された突起部１３３ａとは異なっていても良い。以下に、圧電振動片１３０とは異なる突起部が形成された圧電振動片２３０及び圧電振動片３３０について説明する。また以下の説明では、圧電振動片１３０と同様の部分は圧電振動片１３０と同じ記号を付してその説明を省略する。

＜圧電振動片２３０の構成＞
図６（ａ）は、圧電振動片２３０の断面図である。圧電振動片２３０は、励振部１３１、励振部１３１を囲む枠部１３２、及び励振部１３１と枠部１３２とを連結する連結部２３３により形成されている。連結部２３３は、圧電振動片１３０の連結部１３３と同様に励振部１３１の−Ｘ軸側の辺である第１辺１３８ａの中央に連結され、Ｘ軸方向の長さは長さＬＲ、Ｚ’軸方向の長さは長さＷＲに形成されている。また、連結部２３３には、＋Ｙ’軸側の面に突起部２３３ａが形成されている。突起部２３３ａは、連結部１３３の＋Ｙ’軸側の面に形成されている突起部１３３ａと同様の形状に形成されており、Ｘ軸方向の長さが長さＬＴ、Ｚ’軸方向の長さが長さＷＲに形成されている。圧電振動片２３０では、連結部の＋Ｙ’軸側のみに突起部が形成されており、−Ｙ’軸側の面には突起部が形成されていない。

＜圧電振動片３３０の構成＞
図６（ｂ）は、圧電振動片３３０の断面図である。圧電振動片３３０は、励振部１３１、励振部１３１を囲む枠部１３２、及び励振部１３１と枠部１３２とを連結する連結部３３３により形成されている。連結部３３３は、圧電振動片１３０の連結部１３３と同様に励振部１３１の−Ｘ軸側の辺である第１辺１３８ａの中央に連結されており、Ｘ軸方向の長さは長さＬＲ、Ｚ’軸方向の長さは長さＷＲに形成されている。また、連結部３３３には、＋Ｙ’軸側の面及び−Ｙ’軸側の面に突起部３３３ａが形成されている。＋Ｙ’軸側の面に形成されている突起部３３３ａは、連結部１３３の＋Ｙ’軸側の面に形成されている突起部１３３ａと同様の形状及び位置に形成されており、Ｘ軸方向の長さが長さＬＴ、Ｚ’軸方向の長さが長さＷＲに形成されている。また、−Ｙ’軸側の面に形成される突起部３３３ａは、＋Ｙ’軸側の面に形成される突起部３３３ａと同様の形状に形成されているが、形成される位置は＋Ｙ’軸側の面に形成される突起部３３３ａよりも−Ｘ軸側にずれて形成されている。すなわち、圧電振動片３３０では、＋Ｙ’軸側に形成されている突起部と−Ｙ’軸側の面に形成されている突起部とが互いにＹ’軸方向に対称になるように形成されていない。

圧電振動片の連結部に形成される突起部は、圧電振動片２３０に示されるように連結部の一方の面のみに形成されていても良い。また、圧電振動片３３０に示されるように連結部の＋Ｙ’軸側の面に形成される突起部と−Ｙ’軸側の面に形成される突起部とが互いにＹ’軸方向に対称になるように形成されていなくてもよい。さらに、圧電振動片１３０では、連結部１３３の＋Ｙ’軸側及び−Ｙ’軸側の各面に２つの突起部１３３ａが形成された場合が示されたが、突起部は１つでも又はさらに多数の突起部が形成されていても良い。また、圧電振動片１３０では図３（ｂ）に示されるようにメサ領域１３１ａと突起部１３３ａが形成された連結部１３３とが同じ厚さに形成されているが、同じ厚さに形成されていなくても良い。

一方、メサ領域１３１ａ及び周辺領域１３１ｂの段差の高さと、突起部が形成された連結部及び突起部が形成されていない連結部の段差の高さとが同じであり、周辺領域１３１ｂと突起部が形成されていない連結部との厚さが同じである場合には、突起部をメサ領域１３１ａと同時に形成することができるため突起部が形成されない場合と同様の工程で圧電振動片１３０を形成することができ、突起部のみを形成するための工程を設ける必要がないため好ましい。

（第２実施形態）
圧電振動片に形成される突起部は、連結部と励振電極との間の領域に形成されていても良い。以下に、連結部と励振電極との間の領域に突起部が形成されている圧電振動片について説明する。また、以下の説明では、第１実施形態と同様の部分は第１実施形態と同じ記号を付してその説明を省略する。

＜圧電振動片４３０の構成＞
図７（ａ）は、電極が形成されていない圧電振動片４３０の平面図である。圧電振動片４３０は、励振部４３１と、励振部４３１を囲む枠部１３２と、励振部４３１と枠部１３２とを連結する連結部４３３と、により構成されている。連結部４３３は、励振部４３１の−Ｘ軸側の辺である第１辺１３８ａの中央に連結されている。また、図７（ａ）では電極が示されていないが、圧電振動片４３０には圧電振動片１３０と同様の励振電極１３４及び引出電極１３５が形成される（図３（ａ）参照）。励振部４３３、枠部１３２、及び連結部４３３の寸法は、図４（ａ）で説明された圧電振動片１３０の寸法と同様である。また励振部４３１は、励振電極１３４が形成されるメサ領域１３１ａと、メサ領域１３１ａの周囲に形成されている周辺領域４３１ｂと、を有している。周辺領域４３１ｂのメサ領域１３１ａと連結部４３３との間の領域には突起部４３３ａが形成されている。周辺領域４３１ｂの＋Ｙ’軸側の面に形成される突起部４３３ａは＋Ｘ軸方向に２つ並んで形成されており、＋Ｘ軸側の突起部４３３ａの−Ｚ’軸側の端部と連結部４３３の−Ｚ’軸側の辺とはＸ軸方向に揃って形成されており、−Ｘ軸側の突起部４３３ａの＋Ｚ’軸側の端部と連結部４３３の＋Ｚ’軸側の辺とはＸ軸方向に揃って形成されている。また、周辺領域４３１ｂに形成される突起部４３３ａは、周辺領域４３１ｂの＋Ｙ’軸側の面及び−Ｙ’軸側の面にそれぞれ形成されており、＋Ｙ’軸側に形成されている突起部と−Ｙ’軸側の面に形成されている突起部とは互いにＹ’軸方向に対称になるように形成されている。さらに、突起部４３３ａは、Ｘ軸方向の長さは長さＬＴに形成され、Ｚ’軸方向の長さは長さＷＴに形成されている。長さＷＴは連結部４３３のＺ’軸方向の長さＷＲよりも長く、その長さは０．４６５ｍｍに形成されている。

図７（ｂ）は、圧電振動片４３０の短辺曲げのシミュレーション結果である。図７（ｂ）には、圧電振動片４３０の励振部４３１及び連結部４３３の平面図が示されている。図７（ｂ）では、連結部４３３に色が濃い部分が示されており、連結部４３３に強い応力がかかることが想定される。また、連結部１３３から周辺領域１３１ｂに向かって色の薄い領域（灰色の領域）が伸びており、連結部４３３から周辺領域４３１ｂに応力がかかる領域が伸びていることが分かる。この応力がかかる領域は、−Ｘ軸側の突起部４３３ａには強く見られるが＋Ｘ軸側の突起部４３３ａには見られない。そのため、＋Ｘ軸側の突起部４３３ａにかかる応力は連結部４３３にかかる応力に比べてかなり小さいものであることが分かる。また、メサ領域１３１ａの中心点を点４３９ａ、中心点４３９ａを通りＸ軸に平行な直線を直線４３９、直線４３９上の点であり励振部４３１の−Ｘ軸側の端部を点４３９ｂとする。

図８（ａ）は、励振部４３１の応力分布が示されたグラフである。図８（ａ）は、図７（ｂ）の直線４３９上の応力分布が示されており、横軸にＸ軸方向位置（ｍｍ）、縦軸に応力（ＭＰａ）が示されている。Ｘ軸方向位置は、メサ領域４３１ａの中心点である点４３９ａ（図７（ｂ）参照）を０．０ｍｍとし、点４３９ａから＋Ｘ軸方向への距離が正の値、−Ｘ軸方向への距離が負の値として示されている。また、縦軸に示された応力は、正の値である場合に引っ張り応力がかかり、負の値である場合には圧縮応力がかかることを示している。図８（ａ）では、突起部４３３ａが形成された場合と形成されていない場合との結果が示され、また、それぞれの結果について長辺曲げと短辺曲げとの結果が示されている。図８（ａ）では、黒塗りの菱形が突起部なしの長辺曲げ、白抜きの菱形が突起部なしの短辺曲げ、白抜きの丸が突起部有りの長辺曲げ、黒塗りの丸が突起部有りの短辺曲げの結果を示している。

図８（ａ）は、突起部なしの長辺曲げ（黒塗り菱形）と突起部有りの長辺曲げ（白抜き丸）との値がほぼ同じであり、Ｘ軸方向の位置による変化の傾向もほぼ同様であることを示している。一方、突起部なしの短辺曲げ（白抜き菱形）と突起部有りの短辺曲げ（黒塗り丸）とでは、Ｘ軸方向位置がおおよそ−０．４ｍｍから−０．１ｍｍの範囲では、若干、突起部有りの短辺曲げの方が突起部なしの短辺曲げよりも応力の絶対値が小さくなっている。

図８（ｂ）は、メサ領域１３１ａの中心点４３９ａ及び励振部４３１の−Ｘ軸側の端点４３９ｂでの短辺曲げの応力が示されたグラフである。横軸には点４３９ａ及び点４３９ｂが示され、縦軸には応力が示されている。また、図８（ｂ）では、各点における突起部有りと突起部なしとの応力が示されている。メサ領域１３１ａの中心点４３９ａでは、突起部なしの場合の応力が−０．０９７ＭＰａであり、突起部有りの場合の応力が−０．０９３ＭＰａである。また、励振部４３１の端点４３９ｂでは、突起部なしの場合の応力が−０．８００ＭＰａであり、突起部ありの場合の応力が−０．７５８ＭＰａである。メサ領域１３１ａの中心点４３９ａ及び励振部４３１の端点４３９ｂでは突起部有りの場合は突起部なしの場合よりも応力が小さく、励振部４３１の端点４３９ｂでは応力の強さが約５％減少していることが分かる。

圧電振動片４３０においても突起部が形成されることにより励振部にかかる応力が減少することがシミュレーションにより確認された。そのため、圧電振動片４３０では、突起部が形成されることにより耐衝撃性を損なうことなく励振部にかかる応力を減少させることができ、圧電振動片の振動周波数などの特性変化を防ぐことができる。また、圧電振動片に形成される突起部のＺ’軸方向への長さは連結部の長さＷＲより小さくても連結部からメサ領域に伝わる応力を減少させることができると考えられる。しかし、図７（ｂ）に示されるように連結部の全体に応力が発生しており、連結部全体の応力がメサ領域に伝わることを防ぐためには、突起部のＺ’軸方向の長さが連結部のＺ’軸方向の長さと同等又はそれ以上であることが好ましい。

＜＜圧電振動片４３０の変形例＞＞
周辺領域に形成される突起部は、圧電振動片４３０に形成された突起部４３３ａとは異なっていても良い。以下に、圧電振動片４３０とは異なる突起部が形成された圧電振動片５３０について説明する。また以下の説明では、圧電振動片１３０又は圧電振動片４３０と同様の部分は圧電振動片１３０と同じ記号を付してその説明を省略する。

＜圧電振動片５３０の構成＞
図９（ａ）は、電極が形成されていない圧電振動片５３０の平面図である。圧電振動片５３０は、励振部５３１と、連結部４３３と、枠部１３２と、により形成されている。励振部５３１は、励振電極１３４が形成されるメサ領域１３１ａ及びメサ領域１３１ａの周りに形成される周辺領域５３１ｂを有している。メサ領域１３１ａと連結部４３３との間の周辺領域５３１ｂの＋Ｙ’軸側の面及び−Ｙ’軸側の面には、突起部５３３ａが形成されている。突起部５３３ａは、周辺領域５３１ｂの＋Ｙ’軸側の面及び−Ｙ’軸側の面にそれぞれ１本形成されており、＋Ｙ’軸側に形成されている突起部と−Ｙ’軸側の面に形成されている突起部とは互いにＹ’軸方向に対称になるように形成されている。突起部５３３ａのＸ軸方向の長さは長さＬＴであり、Ｚ’軸方向の長さは長さＷＴ２である。圧電振動片５３０では、長さＷＴ２が０．６５ｍｍに形成されている。また、連結部４３３の中心と突起部５３３ａの中心とはＸ軸方向に伸びる直線上にある。

図９（ｂ）は、圧電振動片５３０の短辺曲げのシミュレーション結果である。図９（ｂ）には、圧電振動片５３０の励振部５３１及び連結部４３３の平面図が示されている。図９（ｂ）では図７（ｂ）と同様に連結部４３３から周辺領域５３１ｂに応力がかかる領域が伸びていることが分かる。この応力がかかる領域は、突起部５３３ａよりも＋Ｘ軸側の領域では見られず、突起部５３３ａの＋Ｘ軸側にかかる応力は連結部４３３にかかる応力に比べてかなり小さいものであることが分かる。図９（ｂ）からは、突起部は１本のみでも連結部からの応力を弱めることができることが分かる。

（第３実施形態）
圧電振動片に形成される連結部は、励振部の様々な箇所に連結される場合がある。以下に連結部が励振部の第１辺の両端に連結された圧電振動片の例を説明する。また、以下の説明では、第１実施形態と同様の部分は第１実施形態と同じ記号を付してその説明を省略する。

＜圧電振動片６３０の構成＞
図１０（ａ）は、電極が形成されていない圧電振動片６３０の平面図である。圧電振動片６３０は、励振部１３１、枠部１３２、及び連結部６３３により形成されている。連結部６３３は、励振部１３１の−Ｘ軸側の辺である第１辺１３８ａの両端にそれぞれ連結されている。また、励振部１３１と枠部１３２との間の連結部６３３以外の領域には、圧電振動片をＹ’軸方向に貫通する貫通孔６３６が形成されている。圧電振動片６３０の各連結部６３３の＋Ｙ’軸側及び−Ｙ’軸側の面にはそれぞれ１本の突起部６３３ａが形成されており、＋Ｙ’軸側に形成されている突起部６３３ａと−Ｙ’軸側の面に形成されている突起部６３３ａとは互いにＹ’軸方向に対称になるように形成されている。各突起部６３３ａのＺ’軸方向の長さは各連結部６３３のＺ’軸方向の長さに等しい。

＜圧電振動片７３０の構成＞
図１０（ｂ）は、電極が形成されていない圧電振動片７３０の平面図である。圧電振動片７３０は、励振部７３１、枠部１３２、及び連結部７３３により形成されている。励振部７３１は、励振電極１３４が形成されるメサ領域１３１ａと、メサ領域１３１ａの周りに形成される周辺領域７３１ｂと、を含んでいる。また、連結部７３３は、励振部７３１の−Ｘ軸側の辺である第１辺１３８ａの両端にそれぞれ連結されている。メサ領域１３１ａと連結部７３３との間であり周辺領域７３１ｂの＋Ｙ’軸側及び−Ｙ’軸側の面にはそれぞれ突起部７３３ａが形成されている。各突起部７３３ａは各連結部７３３のＺ’軸方向の長さよりも長く、＋Ｙ’軸側に形成されている突起部７３３ａと−Ｙ’軸側の面に形成されている突起部７３３ａとは互いにＹ’軸方向に対称になるように形成されている。

突起部は、圧電振動片６３０及び圧電振動片７３０に示されるような励振部に連結部が２本連結された圧電振動片に形成されてもよい。また突起部は、連結部が第１辺１３８ａの一方の端部のみに連結される圧電振動片、連結部が励振部の＋Ｘ軸側及び−Ｘ軸側にそれぞれ連結される両持ちの圧電振動片等に形成されてもよい。

以上、本発明の最適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。

例えば、上記の実施形態では圧電振動片にＡＴカットの水晶振動片である場合を示したが、同じように厚みすべりモードで振動するＢＴカットの水晶振動片などであっても同様に適用できる。さらに圧電振動片は水晶材のみならず、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムあるいは圧電セラミックを含む圧電材に基本的に適用できる。

１００ … 圧電デバイス
１１０ … リッド板
１１１、１２１ … 凹部
１１２、１２２ … 接合面
１２０ … ベース板
１２３ … 接続電極
１２４ … 外部電極
１２５ … キャスタレーション電極
１２６ … キャスタレーション
１３０、２３０、３３０、４３０、５３０、６３０、７３０ … 圧電振動片
１３１、４３１、５３１ … 励振部
１３１ａ … メサ領域
１３１ｂ、４３１ｂ、５３１ｂ、７３１ｂ … 周辺領域
１３２ … 枠部
１３３、４３３、６３３、７３３ … 連結部
１３３ａ、２３３ａ、３３３ａ、４３３ａ、５３３ａ、６３３ａ、７３３ａ … 突起部
１３４ … 励振電極
１３５ … 引出電極
１３６、６３６ … 貫通孔
１３８ａ … 第１辺
１３８ｂ … 第２辺
１４１ … 封止材

Claims (6)

1. 両主面に一対の励振電極が形成され、第１方向に伸びる第１辺及び前記第１辺よりも長く前記第１方向に直交する第２方向に伸びる第２辺を含む矩形形状の励振部と、
   前記励振部を囲む枠部と、
   前記励振部の前記第１辺と前記枠部とを連結し前記枠部よりも厚さが薄い連結部と、を備え、
   前記連結部又は前記連結部と前記連結部の前記第２方向に形成される前記励振電極との間の領域の少なくとも一方に、前記厚さ方向に突き出た突起部が形成され、
   前記突起部の前記第１方向の長さは前記連結部の第１方向の長さと同等又はそれ以上である圧電振動片。
2. 前記連結部は前記励振部の前記第１辺の中央に連結されている請求項１に記載の圧電振動片。
3. 前記突起部は両主面に形成され、一方の主面に形成される前記突起部と、他方の主面に形成される前記突起部とが前記厚さ方向に対称になるように形成されている請求項１又は請求項２に記載の圧電振動片。
4. 前記励振部は、前記励振電極が形成されるメサ領域と、前記メサ領域の周囲に形成され前記メサ領域よりも厚さが薄い周辺領域と、を有し、
   前記周辺領域の厚さと前記連結部の厚さとが等しい請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の圧電振動片。
5. 前記突起部の前記厚さ方向の高さと、前記メサ領域の前記周辺領域からの前記厚さ方向への高さとが等しい請求項４に記載の圧電振動片。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の圧電振動片と、
   前記圧電振動片の前記枠部の一方の主面に接合されるリッド板と、
   前記圧電振動片の前記枠部の他方の主面に接合されるベース板と、
   を含む圧電デバイス。