JP2017098911A

JP2017098911A - 音叉型水晶素子

Info

Publication number: JP2017098911A
Application number: JP2015232487A
Authority: JP
Inventors: 孝宏尾賀; Takahiro Oga
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2015-11-28
Filing date: 2015-11-28
Publication date: 2017-06-01

Abstract

【課題】本発明は、エッチング残渣の影響を抑え、所望するＱ値での振動が容易で電気的特性が良好な音叉型水晶素子を提供する。【解決手段】基部１１０と、基部１１０の一側面より同一の方向に延びる第一振動腕部１２０と第二振動腕部１３０と、第一振動腕部１２０の先端に設けられた第一錘部１２１と、第二振動腕部１３０の先端に設けられた第二錘部１３１と、が備わっており、第一錘部１２１及び第二錘部１３１の幅方向を二分しＹ′軸方向に平行な中心線から＋Ｘ軸方向にある第一錘部１２１及び第二錘部１３１の側面から内方に切れ込んで設けられた第一溝部１２２ａ及び１２２ｂと、第一錘部１２１及び第二錘部１３１の幅方向を二分しＹ′軸方向に平行な中心線から−Ｘ軸方向にある第一錘部１２１及び第二錘部１３１の側面から内方に切れ込んで設けられた第二溝部１２３ａ及び１２３ｂと、が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品である水晶振動子やジャイロセンサ等に使用される音叉型水晶素子に関する。

電子部品の一つである水晶振動子やジャイロセンサの内部には音叉型水晶素子が搭載されている。音叉型水晶素子は、人工水晶から切り出した水晶薄板にフォトリソグラフィ法及びエッチングにより音叉形状に外形加工をほどこしたものであり、少なくとも基部と振動腕部を備えている。

基部は、平面視略四角形の平板となっている。振動腕部は、第一振動腕部及び第二振動腕部とから成る。基部及び振動腕部の厚み方向をＺ′軸とし、振動腕部が延びる方向をＹ′軸とし、Ｙ′軸およびＺ′軸と直交する方向をＸ軸としたＸＹ′Ｚ′直交座標系を定義した場合、＋Ｘ軸方向側の第一振動腕部及び−Ｘ軸方向側の第二振動腕部は、基部の一辺からＹ′軸方向に延設されている。また、第一振動腕部のＹ′軸方向の先端には第一錘部が設けられており、第二振動腕部のＹ′軸方向の先端には第二錘部が設けられている。第一錘部は、平面視略矩形状であり、第一振動腕部の幅よりも広い幅寸法を有することで第一振動腕部から＋Ｘ軸方向及び−Ｘ軸方向に突出した形状となっている。また、第二錘部は、平面視略矩形状であり、第二振動腕部の幅よりも広い幅寸法を有することで第二振動腕部から＋Ｘ軸方向及び−Ｘ軸方向に突出した形状となっている（例えば、特許文献１又は２参照。）。

特開２０１１−２２３２２９号公報特開２００９−２５３６２２号公報

このような音叉型屈曲水晶振動素子に用いられる音叉型水晶素子は、一般的に、基部と基部から延設した一対の振動腕部を備えており、それぞれの振動腕部の先端には、振動腕部の幅よりも広い幅を有する錘部が設けられている。また、このような音叉型水晶素子は、フォトリソグラフィ法及びエッチング加工を用いて、人工水晶より所定のカットアングルで切り出し加工された水晶薄板から複数形成される。このようにエッチング加工により水晶素子を形成した場合、水晶を構成する結晶の軸方向毎のエッチング速度の違いにより、水晶素子にエッチングにより除去できなかった部分（以下、「エッチング残渣」という）が生じてしまう。特に、錘部が設けられた音叉型水晶素子において、エッチング残渣が振動腕部と錘部との段差境界部に生じた場合、エッチング残渣が振動腕部の屈曲振動を阻害してしまい、所望する周波数の信号を得ることが困難となるおそれがある。また、振動腕部と錘部との段差境界部にエッチング残渣が生じた場合、錘部の重さが所望する重さよりも重くなってしまい、各振動腕部の長手方向の寸法と錘部の質量とから得られる適正なＱ値を得ることが難しくなるおそれがある。

本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、エッチング残渣の影響を抑え、所望するＱ値での振動が容易で電気的特性が良好な音叉型水晶素子を提供することを課題とする。

本発明の音叉型水晶素子は、平面視矩形で平板状の基部と、この基部の一側面より同一の方向に延びる二本の平面視帯状矩形の振動腕部と、それぞれの振動腕部の先端に設けられた振動腕部よりも幅寸法が広い平面視矩形の錘部と、が備わっており、基部及び振動腕部の厚み方向をＺ′軸とし、振動腕部が延びる方向をＹ′軸とし、Ｙ′軸およびＺ′軸と直交する方向をＸ軸としたＸＹ'Ｚ'直交座標系を定義した場合、錘部の幅方向を二分しＹ′軸方向に平行な中心線から＋Ｘ軸方向にある錘部の側面から内方に切れ込んで設けられた第一溝部と、錘部の幅方向を二分しＹ′軸方向に平行な中心線から−Ｘ軸方向にある前記錘部の側面から内方に切れ込んで設けられた第二溝部と、が設けられていることを特徴とする。

本発明の音叉型水晶素子は、平面視矩形で平板状の基部と、この基部の一側面より同一の方向に延びる二本の平面視帯状矩形の振動腕部と、それぞれの振動腕部の先端に設けられた振動腕部よりも幅寸法が広い平面視矩形の錘部と、が備わっており、基部及び振動腕部の厚み方向をＺ′軸とし、振動腕部が延びる方向をＹ′軸とし、Ｙ′軸およびＺ′軸と直交する方向をＸ軸としたＸＹ'Ｚ'直交座標系を定義した場合、錘部の幅方向を二分しＹ′軸方向に平行な中心線から＋Ｘ軸方向にある錘部の側面から内方に切れ込んで設けられた第一溝部と、錘部の幅方向を二分しＹ′軸方向に平行な中心線から−Ｘ軸方向にある前記錘部の側面から内方に切れ込んで設けられた第二溝部と、が設けられている。このような構成により、エッチング残渣が第一溝部及び第二溝部の内部に形成されるので第一溝部及び第二溝部の大きさにより形成されるエッチング残渣の大きさを制御することができる。よって、エッチング残渣を含めた錘部の重さを所定の重さにすることが可能となるので、エッチング残渣を含む錘部の質量とその質量に対応した各振動腕部の長手方向の寸法とにすることにより、適正なＱ値となる音叉型水晶素子を得ることが可能となる。

本発明の第一実施形態に係る音叉型水晶素子を示した斜視図である。図１に示した円Ａ部分を拡大して示した部分拡大平面図である。本発明の第一実施形態に係る音叉型水晶素子の変形例における図１に示した円Ａと同じ部分を示し、（ａ）は第一変形例の部分拡大平面図であり、（ｂ）は第二変形例の部分拡大平面図を示したものである。本発明の第二実施形態に係る音叉型水晶素子を示した斜視図である。本発明の第三実施形態に係る音叉型水晶素子を示した斜視図である。

以下に本発明の各実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係る音叉型水晶素子を示した斜視図である。図２は、図１に示した円Ａ部分を拡大して示した部分拡大平面図である。図３は、本発明の第一実施形態に係る音叉型水晶素子の変形例における図１に示した円Ａと同じ部分を示し、（ａ）は第一変形例の部分拡大平面図であり、（ｂ）は第二変形例の部分拡大平面図を示したものである。図４は、本発明の第二実施形態に係る音叉型水晶素子を示した斜視図である。図５は、本発明の第三実施形態に係る音叉型水晶素子を示した斜視図である。

尚、各図では、説明を明りょうとするため構造体の一部を図示せず、また寸法も一部誇張して図示している。また、図１、図４及び図５では、説明を平易とするため、図面が記載されている用紙上方を各々の音叉型水晶素子及びそれを構成する各構成要素の上方として記述する。更に、図２、図３では、説明を平易とするため、図示されている面側を上方、反対側の面側を下方として記述する。

（第一実施形態）
本発明の第一実施形態に係る音叉型水晶素子１００は、図１に示すように、基部１１０、第一振動腕部１２０、第一錘部１２１、第二振動腕部１３０、第二錘部１３１から主に構成されている。音叉型水晶素子１００は、その表面に所望する各種電極パターンを形成することにより、例えば、音叉型屈曲水晶振動素子やジャイロセンサ素子を構成する。この音叉型水晶素子１００は、フォトリソグラフィ技術と化学エッチング技術により、同じ工程中において形成される。

基部１１０は、後述する第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０を支持すると共に、パッケージ等の素子搭載部材に音叉型屈曲水晶振動素子を搭載したときに、音叉型水晶素子１００全体を保持するために用いられる。基部１１０は、結晶の軸方向として電気軸がＸ軸、機械軸がＹ軸、及び光軸がＺ軸となる直交座標系としたとき、Ｘ軸回りに−５°〜＋５°の範囲内で回転させたＺ′軸の方向が厚み方向となる平面視略四角形の平板である。基部１１０は、例えば、Ｙ′軸方向に向いた辺の長さが０．１〜０．６ｍｍであり、厚みは、０．０５〜０．１ｍｍとなっている。

第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０は、例えば、その表面に所望のパターンの励振電極を形成し、その電極に電位を印加することにより、所望の周波数の振動を励起するために用いるものである。第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０は、基部１１０のＹ′軸方向側の一辺からＹ′軸方向に向かって延設されており、第一振動腕部１２０を＋Ｘ軸方向側に配置し、第二振動腕部１３０を−Ｘ軸方向側に配置して、第一振動腕部１２０と第二振動腕部１３０とが平行となるように設けられている。第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０は、同じ外形形状となっており、例えば、Ｙ′軸方向となる長さは０．５〜１ｍｍであり、Ｘ軸方向となる幅は約０．０４ｍｍであり、厚みは基部１１０と同じであり０．０５〜０．１ｍｍとなっている。尚、基部１１０と第一振動腕部１２０と第二振動腕部１３０とは一体で形成されている。

第一錘部１２１及び第二錘部１３１は、音叉型水晶素子１００全体の大きさを小型にするために用いられる。第一錘部１２１は、平面視略矩形であり、第一振動腕部１２０のＹ′軸方向の先端に、第一振動腕部１２０の幅よりも広い幅寸法を有することで第一振動腕部１２０から＋Ｘ軸方向及び−Ｘ軸方向に突出した形状に設けられている。また第二錘部１３１は、平面視略矩形であり、第二振動腕部１３０のＹ′軸方向の先端に、第二振動腕部１３０の幅よりも広い幅寸法を有することで第二振動腕部１３０から＋Ｘ軸方向及び−Ｘ軸方向に突出した形状に設けられている。この第一錘部１２１及び第二錘部１３１を備えることにより、各錘部の慣性質量の増加によってＱ値が向上し、Ｑ値を維持しながら第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０のＹ′軸方向の長さ寸法を、各錘部を備えていない音叉型水晶素子の第一振動腕部及び第二振動腕部に比べて短くすることができ、よって、音叉型水晶素子全体の大きさを小型にすることが可能となる。尚、第一錘部１２１及び第二錘部１３１は、例えば、長さ方向（Ｙ′軸方向）の寸法が１９５〜５８０μｍとなっており、幅（Ｘ軸方向）の寸法が第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０の幅寸法よりも広く、例えば４１〜１５０μｍとなっており、それぞれが第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０と一体で形成されている。

第一錘部１２１には、第一溝部１２２ａと第二溝部１２３ａとが設けられている。第一溝部１２２ａ及び１２３ａは、第一錘部１２１に形成されるエッチング残渣の形成箇所及び形成量を制御するために用いられる。第一溝部１２２ａは、第一錘部１２１の幅方向を二分しＹ′軸方向に平行な中心線Ｂ１から＋Ｘ軸方向にある、第一錘部１２１の第一振動腕部１２０と接続している部分から＋Ｘ軸方向にオフセットした側面、つまり第一錘部１２１の＋Ｘ軸方向にある基部１１０の方向に向いた側面から、Ｙ′軸方向の内方に切れ込み且つＺ′軸方向に貫通して設けられている。また、第二溝部１２３ａは、第一錘部１２１の幅方向を二分しＹ′軸方向に平行な中心線Ｂ１から−Ｘ軸方向にある、第一錘部１２１の第一振動腕部１２０と接続している部分から−Ｘ軸方向にオフセットした側面、つまり第一錘部１２１の−Ｘ軸方向にある基部１１０の方向に向いた側面から、Ｙ′軸方向の内方に切れ込み且つＺ′軸方向に貫通して設けられている。尚、第一溝部１２２ａと第二溝部１２３ａとは同じ形状であり、上面及び下面側の開口部の形状は矩形状となるように設けられている。第一溝部１２２ａ及び第二溝部１２３ａの長さ方向（Ｙ′軸方向）の寸法は、例えば、２５〜５０μｍであり、幅方向（Ｘ軸方向）の寸法は、５〜１５μｍとなっている。また、第一溝部１２１ａと第二溝部１２３ａとは、中心線Ｂ１に対し線対称となるように設けられていても良い。

更に、第二錘部１３１にも、第一溝部１２２ｂと第二溝部１２３ｂとが設けられている。第一溝部１２２ｂ及び第二溝部１２３ｂは、第二錘部１３１に形成されるエッチング残渣の形成箇所及び形成量を制御するために用いられる。第一溝部１２２ｂは、第二錘部１３１の幅方向を二分しＹ′軸方向に平行な中心線Ｂ２から＋Ｘ軸方向にある、第二錘部１３１の第二振動腕部１３０と接続している部分から＋Ｘ軸方向にオフセットした側面、つまり第二錘部１３１の＋Ｘ軸方向にある基部１１０の方向に向いた側面から、Ｙ′軸方向の内方に切れ込み且つＺ′軸方向に貫通して設けられている。また、第二溝部１２３ｂは、第二錘部１３１の幅方向を二分しＹ′軸方向に平行な中心線Ｂ２から−Ｘ軸方向にある、第二錘部１２１の第二振動腕部１３０と接続している部分から−Ｘ軸方向にオフセットした側面、つまり第二錘部１２１の−Ｘ軸方向にある基部１１０の方向に向いた側面から、Ｙ′軸方向の内方に切れ込み且つＺ′軸方向に貫通して設けられている。尚、第一溝部１２２ｂと第二溝部１２３ｂは同じ形状であり、上面及び下面側の開口部の形状は矩形状となるように設けられている。第一溝部１２２ｂ及び第二溝部１２３ｂの長さ方向（Ｙ′軸方向）の寸法は、例えば、２５〜５０μｍであり、幅方向（Ｘ軸方向）の寸法は、５〜１５μｍとなっている。また、第一溝部１２２ｂと第二溝部１２３ｂとは、中心線Ｂ１に対し線対称となるように設けられていても良い。

本発明の第一実施形態に係る音叉型水晶素子１００は、平面視矩形で平板状の基部１１０と、基部１１０の一側面より同一の方向に延びる平面視帯状矩形の第一振動腕部１２０と第二振動腕部１３０と、第一振動腕部１２０の先端に設けられた第一振動腕部１２０よりも幅寸法が広い平面視矩形の第一錘部１２１と、第二振動腕部１３０の先端に設けられた第二振動腕部１３０よりも幅寸法が広い平面視矩形の第二錘部１３１と、が備わっており、基部１１０、第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０の厚み方向をＺ′軸とし、第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０が延びる方向をＹ′軸とし、Ｙ′軸およびＺ′軸と直交する方向をＸ軸としたＸＹ'Ｚ'直交座標系を定義した場合、第一錘部１２１及び第二錘部１３１の幅方向を二分しＹ′軸方向に平行な中心線から＋Ｘ軸方向にある第一錘部１２１及び第二錘部１３１の側面から内方に切れ込んで設けられた第一溝部１２２ａ及び１２２ｂと、第一錘部１２１及び第二錘部１３１の幅方向を二分しＹ′軸方向に平行な中心線から−Ｘ軸方向にある第一錘部１２１及び第二錘部１３１の側面から内方に切れ込んで設けられた第二溝部１２３ａ及び１２３ｂと、が設けられている。

このような構成を有することにより、エッチング残渣が第一溝部１２２ａ、１２２ｂ及び第二溝部１２３ａ、１２３ｂの内部に形成され易くなるため、第一溝部１２２ａ、１２２ｂ及び第二溝部１２３ａ、１２３ｂの大きさにより形成されるエッチング残渣の大きさを制御することができる。よって、エッチング残渣を含めた第一錘部１２１及び第二錘部１３１の重さを所定の重さにすることが可能となるので、エッチング残渣を含む第一錘部１２１及び第二錘部１３１の質量とその質量に対応した第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０の長手方向の寸法とにすることにより、適正なＱ値となる音叉型水晶素子１００を得ることが可能となる。

また、第一実施形態に係る音叉型水晶素子１００は、第一溝部１２２ａ及び１２２ｂが、第一振動腕部１２０と第一錘部１２１との接続している部分又は第二振動腕部１３０と第二錘部１３１との接続している部分から＋Ｘ軸方向にオフセットした第一錘部１２１及び第二錘部１３１の側面から、Ｙ′軸方向に切れ込み且つＺ′軸方向に貫通して設けられており、第二溝部１２３ａ及び１２３ｂが、第一振動腕部１２０と第一錘部１２１との接続している部分又は第二振動腕部１３０と第二錘部１３１との接続している部分から−Ｘ軸方向にオフセットした第一錘部１２１及び第二錘部１３１の側面から、Ｙ′軸方向に切れ込み且つＺ′軸方向に貫通して設けられている。

このような構成を有することにより、エッチング残渣が第一溝部１２２ａ、１２２ｂ及び第二溝部１２３ａ、１２３ｂ内に形成され、第一振動腕部１２０と第一錘部１２１との段差境界部及び第二振動腕部１３０と第二錘部１３１との段差境界部にエッチング残渣が形成されることを抑えることができる。よって、エッチング残渣により第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０の屈曲振動が阻害されることがなく、所望する周波数の信号を生成できる音叉型水晶素子１００を得ることが可能となる。

（第一変形例）
以下に第一実施形態に係る音叉型水晶素子の第一変形例について説明する。尚、第一変形例において、第一実施形態の音叉型水晶素子１００と同じ構成要素の部分には、音叉型水晶素子１００の各構成要素に付与した符号と同じ符号を付してその説明を省略する。図３（ａ）に示すように、第一変形例の音叉型水晶素子２００は、第一溝部及び第二溝部の形態が、第一実施形態の音叉型水晶素子１００と異なっている。

音叉型水晶素子２００は、基部１１０と、第一振動腕部１２０と、第二振動腕部１３０と、第一錘部１２１と、第一溝部２２２ａ及び２２２ｂと、第二錘部１３１と、第二溝部２２３ａ及び２２３ｂから構成されている。

第一錘部１２１には、第一溝部２２２ａと第二溝部２２３ａとが設けられている。第一溝部２２２ａ及び第二溝部２２３ａは、第一錘部１２１に形成されるエッチング残渣の形成箇所及び形成量を制御するために用いられる。第一溝部２２２ａは、第一錘部１２１の幅方向を二分しＹ′軸方向に平行な中心線Ｂ１から＋Ｘ軸方向にある、第一錘部１２１の第一振動腕部１２０と接続している部分から＋Ｘ軸方向にオフセットした側面、つまり第一錘部１２１の＋Ｘ軸方向にある基部１１０の方向に向いた側面であって、第一溝部２２２ａが第一溝部２２２ａの−Ｘ軸方向の内側面と第一振動腕部１２１の＋Ｘ軸方向の側面とが連続した一平面となるように、Ｙ′軸方向の内方に切れ込み且つＺ′軸方向に貫通して設けられている。

また、第二溝部２２３ａは、第一錘部１２１の幅方向を二分しＹ′軸方向に平行な中心線Ｂ１から−Ｘ軸方向にある、第一錘部１２１の振動腕部１２０と接続している部分から−Ｘ軸方向にオフセットした側面、つまり第一錘部１２１の−Ｘ軸方向にある基部１１０の方向に向いた側面から、第二溝部２２３ａが第二溝部２２３ａの＋Ｘ軸方向の内側面と第一振動腕部１２１の−Ｘ軸方向の側面とが連続した一平面となるように、Ｙ′軸方向の内方に切れ込み且つＺ′軸方向に貫通して設けられている。尚、第一溝部２２２ａと第二溝部２２３ａとは同じ形状であり、上面及び下面側の開口部の形状は矩形状となるように設けられている。第一溝部２２２ａ及び第二溝部２２３ａの長さ方向（Ｙ′軸方向）の寸法は、例えば、２５〜５０μｍであり、幅方向（Ｘ軸方向）の寸法は、５〜１５μｍとなっている。また、第一溝部２２２ａと第二溝部２２３ａとは、中心線Ｂ１に対し線対称となるように設けられていても良い。

第二錘部１３１には、第一溝部２２２ｂと第二溝部２２３ｂとが設けられている。第一溝部２２２ｂ及び第二溝部２２３ｂは、第二錘部１３１に形成されるエッチング残渣の形成箇所及び形成量を制御するために用いられる。第一溝部２２２ｂは、第二錘部１３１の幅方向を二分しＹ′軸方向に平行な中心線Ｂ２から＋Ｘ軸方向にある、第二錘部１３１の第二振動腕部１３０と接続している部分から＋Ｘ軸方向にオフセットした側面、つまり第二錘部１３１の＋Ｘ軸方向にある基部１１０の方向に向いた側面であって、第一溝部２２２ｂが第一溝部２２２ｂの−Ｘ軸方向の内側面と第二振動腕部１３１の＋Ｘ軸方向の側面とが連続した一平面となるように、Ｙ′軸方向の内方に切れ込み且つＺ′軸方向に貫通して設けられている。

また、第二溝部２２３ｂは、第二錘部１３１の幅方向を二分しＹ′軸方向に平行な中心線Ｂ２から−Ｘ軸方向にある、第二錘部１３１の第二振動腕部１３０と接続している部分から−Ｘ軸方向にオフセットした側面、つまり第二錘部１３１の−Ｘ軸方向にある基部１１０の方向に向いた側面から、第二溝部２２３ｂが第二溝部２２３ｂの＋Ｘ軸方向の内側面と第二振動腕部１３１の−Ｘ軸方向の側面とが連続した一平面となるように、Ｙ′軸方向の内方に切れ込み且つＺ′軸方向に貫通して設けられている。尚、第二溝部２２２ｂと第二溝部２２３ｂとは同じ形状であり、上面及び下面側の開口部の形状は矩形状となるように設けられている。第一溝部２２２ｂ及び第二溝部２２３ｂの長さ方向（Ｙ′軸方向）の寸法は、例えば、２５〜５０μｍであり、幅方向（Ｘ軸方向）の寸法は、５〜１５μｍとなっている。また、第一溝部２２２ａと第二溝部２２３ａとは、中心線Ｂ１に対し線対称となるように設けられていても良い。

第一変形例の音叉型水晶素子２００は、第一溝部２２２ａ及び２２２ｂが、第一溝部２２２ａ及び２２２ｂの−Ｘ軸方向の内側面と第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０の＋Ｘ軸方向の側面とが連続した一平面となるように設けられており、第二溝部２２３ａ及び２２３ｂが、第二溝部２２３ａ及び２２３ｂの＋Ｘ軸方向の内側面と第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０の−Ｘ軸方向の側面とが連続した一平面となるように設けられている。

このような構成より、エッチング残渣が第一溝部２２２ａ、２２２ｂ及び第二溝部２２３ａ、２２３ｂ内に形成され易くなるため、第一振動腕部１２０と第一錘部１２１との段差境界部とその周辺及び第二振動腕部１３０と第二錘部１３１との段差境界部とその周辺にエッチング残渣が形成されることを抑えることができる。よって、エッチング残渣により第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０の屈曲振動が阻害されることがなく、所望する周波数の信号を生成できる音叉型水晶素子２００を得ることが可能となる。

（第二変形例）
以下に第一実施形態に係る音叉型水晶素子の第二変形例について説明する。尚、第二変形例において、第一実施形態の音叉型水晶素子１００と同じ構成要素の部分には、音叉型水晶素子１００の各構成要素に付与した符号と同じ符号を付してその説明を省略する。図３（ｂ）に示すように、第二変形例の音叉型水晶素子３００は、第一溝部及び第二溝部の形態が、第一実施形態の音叉型水晶素子１００及び第一変形例の音叉型水晶素子２００と異なっている。

音叉型水晶素子３００は、基部１１０と、第一振動腕部１２０と、第二振動腕部１３０と、第一錘部１２１と、第一溝部３２２ａ及び３２２ｂと、第二錘部１３１と、第二溝部３２３ａ及び３２３ｂから構成されている。

第一錘部１２１には、第一溝部３２２ａと第二溝部３２３ａとが設けられている。第一溝部３２２ａ及び第二溝部３２３ａは、第一錘部１２１に形成されるエッチング残渣の形成箇所及び形成量を制御するために用いられる。第一溝部３２２ａは、第一錘部１２１の幅方向を二分しＹ′軸方向に平行な中心線Ｂ１から＋Ｘ軸方向にある、第一錘部１２１の第一振動腕部１２０と接続している部分から＋Ｘ軸方向にオフセットした側面、つまり第一錘部１２１の＋Ｘ軸方向にある基部１１０の方向に向いた側面から、Ｙ′軸方向の内方に切れ込み且つＺ′軸方向に貫通して設けられている。

また、第二溝部３２３ａは、第一錘部１２１の幅方向を二分しＹ′軸方向に平行な中心線Ｂ１から−Ｘ軸方向にある、第一錘部１２１の第一振動腕部１２０と接続している部分から−Ｘ軸方向にオフセットした側面、つまり第一錘部１２１の−Ｘ軸方向にある基部１１０の方向に向いた側面から、Ｙ′軸方向の内方に切れ込み且つＺ′軸方向に貫通して設けられている。尚、第一溝部３２２ａと第二溝部３２３ａとは、上面及び下面側の開口部の形状が矩形状となるように設けられている。

図３（ｂ）に示すように、第一溝部３２２ａの長さ方向（Ｙ′軸方向）の寸法をＬ１とし、第二溝部３２３ａの長さ方向（Ｙ′軸方向）の寸法をＬ２としたとき、Ｌ１とＬ２の関係がＬ１＜Ｌ２となる。例えば、第一溝部３２２ａの長さ方向の寸法Ｌ１が３０μｍであり、第二溝部３２３ａの長さ方向の寸法Ｌ２が４０μｍである。尚、第一溝部３２２ａ及び第二溝部３２３ａの幅方向（Ｘ軸方向）の寸法は、５〜１５μｍとなっている。

第二錘部１３１には、第一溝部３２２ｂと第二溝部３２３ｂとが設けられている。第二溝部３２２ｂ及び第二溝部３２３ｂは、第一錘部１３１に形成されるエッチング残渣の形成箇所及び形成量を制御するために用いられる。第一溝部３２２ｂは、第二錘部１３１の幅方向を二分しＹ′軸方向に平行な中心線Ｂ２から＋Ｘ軸方向にある、第二錘部１３１の第二振動腕部１３０と接続している部分から＋Ｘ軸方向にオフセットした側面、つまり第二錘部１３１の＋Ｘ軸方向にある基部１１０の方向に向いた側面から、Ｙ′軸方向の内方に切れ込み且つＺ′軸方向に貫通して設けられている。

また、第二溝部３２３ｂは、第二錘部１３１の幅方向を二分しＹ′軸方向に平行な中心線Ｂ２から、−Ｘ軸方向にある第二錘部１３１の第二振動腕部１３０と接続している部分から−Ｘ軸方向にオフセットした側面、つまり第二錘部１３１の−Ｘ軸方向にある基部１１０の方向に向いた側面から、Ｙ′軸方向の内方に切れ込み且つＺ′軸方向に貫通して設けられている。尚、第一溝部３２２ｂと第二溝部３２３ｂとは、上面及び下面側の開口部の形状が矩形状となるように設けられている。

図３（ｂ）に示すように、第一溝部３２２ｂの長さ方向（Ｙ′軸方向）の寸法をＬ１とし、第二溝部３２３ｂの長さ方向（Ｙ′軸方向）の寸法をＬ２としたとき、Ｌ１とＬ２の関係がＬ１＜Ｌ２となる。例えば、第一溝部３２２ｂの長さ方向の寸法Ｌ１が３０μｍであり、第二溝部３２３ｂの長さ方向の寸法Ｌ２が４０μｍである。尚、第一溝部３２２ａ及び第二溝部３２３ａの幅方向（Ｘ軸方向）の寸法は、５〜１５μｍとなっている。また、第一溝部３２２ａと３２２ｂは同じ形状であり、第二溝部３２３ａと３２３ｂとは同じ形状であることが好ましい。

このように、第二変形例の音叉型水晶素子３００は、第一溝部３２２ａ及び３２２ｂの長さ寸法Ｌ１と、第二溝部３２３ａ及び３２３ｂの長さ寸法Ｌ２との関係が、Ｌ１＜Ｌ２となっている。

従来、水晶を構成する結晶の軸方向毎のエッチング速度の違いにより、＋Ｘ軸方向の振動腕部と錘部との段差境界部に生じたエッチング残渣Ｍと−Ｘ軸方向の動腕部と錘部との段差境界部に生じたエッチング残渣Ｎと間に、Ｍ＜Ｎという大きさの差異が生じてしまい、このような質量の差異がある振動腕部を振動させた場合、等価直列抵抗値が大きくなり、振動の抑制等の電気的特性の悪化や、振動停止のおそれがある。また、等価直列抵抗値が大きくなった場合、振動の起動及び維持により多くの電力が必要となるおそれがあった。

しかしながら、第二変形例のような構成により、第一溝部及び第二溝部内に形成されるエッチング残渣の大きさを制御することができるので、各錘部を含むそれぞれの振動腕部の＋Ｘ軸方向側と−Ｘ軸方向側の質量とを同じ質量にすることが可能となる。このような各振動腕部を振動させた場合、等価直列抵抗値が大きくなることを抑え、振動の抑制等の電気的特性の悪化や、振動停止のおそれを低減することが可能となる。

（第二実施形態）
以下に、本発明の第二実施形態に係る音叉型水晶素子４００について説明する。尚、第二実施形態において、第一実施形態の音叉型水晶素子１００と同じ構成要素の部分には、音叉型水晶素子１００の各構成要素に付与した符号と同じ符号を付してその説明を省略する。図４に示すように、第二実施形態の音叉型水晶素子４００は、基部１１０の＋Ｘ軸方向を向いた一側面又は−Ｘ軸方向を向いた一側面と接続する支持腕部４４０が設けられていることで、第一実施形態と音叉型水晶素子１００と異なっている。

第二実施形態の音叉型水晶素子４００は、図４に示すように、基部１１０と、第一振動腕部１２０と、第一錘部１２１と、第二振動腕部１３０と、第二錘部１３１と、第一溝部１２２ａ及び１２２ｂと、第二溝部１２３ａ及び１２３ｂと、支持腕部４４０とを備えている。

支持腕部４４０は、第一延設部４４１と第二延設部４４２とから構成されている。第一延設部４４１は、基部１１０の＋Ｘ軸方向を向いた一側面から＋Ｘ軸方向に延びた平面視帯状の形状を有し、第一延設部４４１の−Ｘ軸方向側の端部は基部１１０の＋Ｘ軸方向に向いた側面と一体となって接続しており、＋Ｘ軸方向側の端部は後述する第二延設部４４２と一体となって接続している。第二延設部４４２は、第一延設部４４１の＋Ｘ軸方向側の端部から、第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０の長さ方向と同じ方向に向かって、基部１１０及び第一振動腕部１２０の＋Ｘ軸方向外側に沿って延設した帯状の形状を有している。第二延設部４４２の先端位置は、第一錘部１２１及び第二錘部１３１の先端位置と同位置となっている。尚、第一延設部４４１は、基部１１０の−Ｘ軸方向を向いた一側面から−Ｘ軸方向に延びた平面視帯状の形状でも構わない。また、この支持腕部４４０は、フォトリソグラフィ技術と化学エッチング技術により、音叉型水晶素子４００を構成する他の構成要素と一体として同じ工程中において形成される。

この支持腕部４４０を設けることにより、例えば、支持腕部４４０を備えた音叉型水晶素子４００に所望のパターンの電極を形成した音叉型屈曲水晶振動素子を搭載した素子搭載部材に外部より落下などにより衝撃が加わった場合でも、支持腕部４４０においてその衝撃を吸収することができ、音叉型水晶素子４００としての耐衝撃性を向上させることが可能となる。

（第三実施形態）
以下に、本発明の第三実施形態に係る音叉型水晶素子５００について説明する。尚、第三実施形態において、第一実施形態の音叉型水晶素子１００と同じ構成要素の部分には、音叉型水晶素子１００の各構成要素に付与した符号と同じ符号を付してその説明を省略する。図５に示すように、第三実施形態の音叉型水晶素子５００は、第一振動腕部１２０に第三溝部５２４が設けられており、第二振動腕部１３０に第四溝部５３４が設けられていることで、第一実施形態の音叉型水晶素子１００又は第二実施形態の音叉型水晶素子４００と異なっている。

第三実施形態の音叉型水晶素子５００は、図５に示すように、基部１１０と、第一振動腕部１２０と、第一錘部１２１と、第二振動腕部１３０と、第二錘部１３１と、第一溝部１２２ａ及び１２２ｂと、第二溝部１２３ａ及び１２３ｂと、第三溝部５２４と、第四溝部５３４とを備えている。

第一振動腕部１２０には第三溝部５２４が設けられており、第二振動腕部１３０には第四溝部５３４が設けられている。第三溝部５２４は、有底であり、第一振動腕部１２０の上下面に二本ずつ、基部１１０と第一振動腕部１２０の境界部分から第一振動腕部１２０の先端に向って、第一振動腕部１２０の長さ方向（Ｙ′軸方向）と平行に所定の長さで設けられる。第四溝部５３４は、有底であり、第二振動腕部１３０の上下面に二本ずつ、基部１１０と第二振動腕部１３０の境界部分から第二振動腕部１３０の先端に向って、第二振動腕部１３０の長さ方向（Ｙ′軸方向）と平行に所定の長さで設けられる。尚、第三実施形態において、第三溝部５２４は第一振動腕部１２０の上下面に二本ずつ、及び第四溝部５３４は第二振動腕部１３０の上下面に二本ずつ設けられているが、それらの本数に制限はなく、例えば、第三溝部５２４を第一振動腕部１２０の上下面に一本ずつ、及び第四溝部５３４を第二振動腕部１３０の表裏面に一本ずつ設けてもよく、また、上下面のどちらか片方の主面にのみ溝部を設けてもよい。更に、第三溝部５２４及び第四溝部５３４内には、ウェットエッチング時に基部１１０や第一振動腕部１２０や第二振動腕部１３０等の外形形成と同時に貫通しない第三溝部５２４及び第四溝部５３４を形成できるように、エッチング抑制パターンを設けてもよい。尚、第三溝部５２４及び第四溝部５３４の長さは、例えば、第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０の長さの８０％以上１００％未満となっている。

本発明の第三実施形態に係る音叉型水晶素子５００は、第一振動腕部１２０の上下面に、基部１１０と第一振動腕部１２０の境界部分から第一振動腕部１２０の先端に向って、第一振動腕部１２０の長さ方向と平行となるように有底の第三溝部５２４が設けられており、第二振動腕部１３０の上下面に、基部１１０と第二振動腕部１３０の境界部分から第二振動腕部１３０の先端に向って、第二振動腕部１３０の長さ方向と平行となるように有底の第四溝部５３４が設けられている。

このような構成を有することにより、例えば、第三溝部５２４及び第四溝部５３４の表面に所望のパターンの電極を形成し、その電極に電位を印加することにより、第三溝部及び第四溝部が設けられていない場合に比べてより大きな電界強度を得ることができる。この電界はＸ軸方向で発生した電界そのものであるので、電気機械変換効率が良くなり、クリスタルインピーダンス（ＣＩ）値やＱ値の良好な小型の音叉型水晶素子を得ることが可能となる。

尚、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば、前述した各実施形態では、第一溝部及び第二溝部が形成されている位置が、錘部の振動腕部と接続している部分からＸ軸方向にオフセットした側面、つまり錘部のＸ軸方向にある基部の方向に向いた側面から錘部の内方に向かって切り込んで形成されているが、第一溝部及び第二溝部の形成位置はこれらに限定するものではなく、本願効果を奏するのであれば、錘部の他の側面から内方に切り込んだ形態でも構わない。また、前述した各実施形態では、第一溝部及び第二溝部の数が各錘部でそれぞれ一本ずつ形成されているが、第一溝部及び第二溝部をそれぞれ複数本形成しても構わない。尚、第一実施形態に係る音叉型水晶素子の各変形例は、第二実施形態及び第三実施形態に係る音叉型水晶素子に適用可能である。

１００、２００、３００、４００、５００・・・音叉型水晶素子
１１０・・・基部
１２０・・・第一振動腕部
１２１・・・第一錘部
１２２ａ、１２２ｂ、２２２ａ、２２２ｂ、３２２ａ、３２２ｂ・・・第一溝部
１２３ａ、１２３ｂ、２２３ａ、２２３ｂ、３２３ａ、３２３ｂ・・・第二溝部
１３０・・・第二振動腕部
１３１・・・第二錘部
４４０・・・支持腕部
５２４・・・第三溝部
５３４・・・第四溝部
Ｌ１・・・第一溝部３２２ａ、３２２ｂの長さ
Ｌ２・・・第二溝部３２３ａ、３２３ｂの長さ

Claims

平面視矩形で平板状の基部と、
前記基部の一側面より同一の方向に延びる平面視帯状矩形の第一振動腕部と第二振動腕部と、
前記第一振動腕部の先端に設けられた前記第一振動腕部よりも幅寸法が広い平面視矩形の第一錘部と、
前記第二振動腕部の先端に設けられた前記第二振動腕部よりも幅寸法が広い平面視矩形の第二錘部と、
が備わっており、
前記基部、前記第一振動腕部及び前記第二振動腕部の厚み方向をＺ′軸とし、前記第一振動腕部及び前記第二振動腕部が延びる方向をＹ′軸とし、Ｙ′軸およびＺ′軸と直交する方向をＸ軸としたＸＹ'Ｚ'直交座標系を定義した場合、
前記第一錘部及び前記第二錘部の幅方向を二分しＹ′軸方向に平行な中心線から＋Ｘ軸方向にある前記第一錘部及び前記第二錘部の側面から内方に切れ込んで設けられた第一溝部と、
前記第一錘部及び前記第二錘部の幅方向を二分しＹ′軸方向に平行な中心線から−Ｘ軸方向にある前記第一錘部及び前記第二錘部の側面から内方に切れ込んで設けられた第二溝部と、
が設けられていることを特徴とする音叉型水晶素子。
前記第一溝部は、前記第一振動腕部と前記第一錘部との接続している部分から＋Ｘ軸方向にオフセットした前記第一錘部の側面と、前記第二振動腕部と前記第二錘部との接続している部分から＋Ｘ軸方向にオフセットした前記第二錘部の側面とから、Ｙ′軸方向に切れ込み且つＺ′軸方向に貫通して設けられており、
前記第二溝部は、前記第一振動腕部と前記第一錘部との接続している部分から−Ｘ軸方向にオフセットした前記第一錘部の側面と、前記第二振動腕部と前記第二錘部との接続している部分から−Ｘ軸方向にオフセットした前記第二錘部の側面とから、Ｙ′軸方向に切れ込み且つＺ′軸方向に貫通して設けられている、
ことを特徴とする請求項１に記載の音叉型水晶素子。
前記第一溝部が、前記第一溝部の−Ｘ軸方向の内側面と、前記第一振動腕部と前記第二振動腕部との＋Ｘ軸方向の側面とが連続した一平面となるように前記第一錘部と前記第二錘部に設けられており、
前記第二溝部が、前記第二溝部の＋Ｘ軸方向の内側面と、前記第一振動腕部と前記第二振動腕部との−Ｘ軸方向の側面とが連続した一平面となるように前記第一錘部と前記第二錘部に設けられている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の音叉型水晶素子。
前記第一溝部の長さ寸法Ｌ１と前記第二溝部の長さ寸法Ｌ２との関係が、Ｌ１＜Ｌ２であることを特徴とする請求項１乃至３のうち一つに記載の音叉型水晶素子。
前記基部から＋Ｘ軸方向又は−Ｘ軸方向に延び、その先端から更にＹ′軸方向に延びた支持腕部を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のうちの一つに記載の音叉型水晶素子。
前記第一振動腕部には、前記基部と前記第一振動腕部の境界部分から前記第一振動腕部の先端に向って、前記第一振動腕部の長さ方向と平行となるように有底の第三溝部が設けられており、
前記第二振動腕部には、前記基部と前記第二振動腕部の境界部分から前記第二振動腕部の先端に向って、前記第二振動腕部の長さ方向と平行となるように有底の第四溝部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のうち一つに記載の音叉型水晶素子。