JP2019121839A - 振動子及び振動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】衝撃が加わることによる振動素子の寿命変動を予測する。【解決手段】水晶振動子１は、ベース部材３０と、ベース部材３０の第１主面３２ａに支持される基部５０と、基部５０から延出しており、第１主面３２ａと隙間を有して対向する振動腕部６０及び緩衝腕部７０とを有し、振動腕部６０及び緩衝腕部７０の共振振動によって得られる所定の共振周波数を含む電気信号を出力する水晶振動素子１０と、を備え、水晶振動素子１０の振動腕部６０及び緩衝腕部７０は、第１領域に設けられている第１衝撃検出電極７１を含み、第１領域と対向する第２領域に、第１衝撃検出電極７１と所定の距離ｄ１を有して設けられている第２衝撃検出電極７６を含み、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との間の電気特性の変化を取り出すように設けられた衝撃出力配線を、さらに備える。【選択図】図５

Description

本発明は、振動子及び振動装置に関する。

一般に、振動子の一つとして音叉型水晶振動子が知られている。音叉型水晶振動子は、基材の基部から一組の振動腕を平行に延出させた音叉型水晶振動素子を備える。音叉型水晶振動素子では、一組の振動腕が水平方向に互いに接近又は離反する向きに振動する。

引用文献１には、ベースに取り付けられる基部から延出している振動腕を含む振動子が開示されている。この振動子は、基部から延出している衝撃緩衝腕部をさらに含み、ベースの主面において衝撃緩衝腕に対向する領域に凸部を設けることで、振動腕に加わる衝撃を低減している。

特開２０１６−１４９５９９号公報

引用文献１のように凸部を設けた場合であっても、振動素子の振動腕の一部には衝撃が加わるので、衝撃の影響によって振動素子の周波数特性が経時変化する課題があった。

もし、振動素子に加わる衝撃を検出できれば、衝撃の影響による周波数特性の変動を予測して、周波数特性の変動を補償することもできる。あるいは余裕を見て早めに振動素子を交換し、又は、廃棄することができる。従来の振動素子では、振動素子とは別に衝撃検知素子を設ける必要があった。そのため、振動素子に加わった衝撃を直接検出できなかった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、振動素子に加わった衝撃を直接検出でき、振動素子自身から衝撃検知を出力できる振動子及び振動装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る振動子は、ベース部材と、ベース部材の主面に支持される支持部と、支持部から延出しており、主面と隙間を有して対向する本体部とを有し、本体部の共振振動によって得られる所定の共振周波数を含む電気信号を出力する振動素子と、を備え、振動素子の前記本体部は、第１領域に設けられている第１衝撃検出電極を含み、第１領域と対向する第２領域に、第１検出電極と所定の距離を有して設けられている第２衝撃検出電極を含み、第１衝撃検出電極と第２衝撃検出電極との間の電気特性の変化を取りだすように設けられた、第１衝撃検出電極及び第２衝撃検出電極のそれぞれに電気的に接続されている衝撃出力配線を、さらに備える。

本発明によれば、振動素子に直接加わった衝撃を、振動素子の出力で検出することが可能となる。

図１は、第１実施形態に係る水晶振動子の構成を概略的に示す分解斜視図である。 図２は、図１に示した水晶振動子のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面の構成を概略的に示す断面図である。 図３は、図１に示した水晶振動素子の構成を概略的に示す平面図である。 図４は、図３に示した水晶振動素子のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面の構成を概略的に示す断面図である。 図５は、図１に示した水晶振動子のＶ−Ｖ線に沿った断面の構成を概略的に示す断面図である。 図６は、水晶振動素子に衝撃が加わったときの緩衝腕部及び突起部を示す断面図である。 図７は、本発明の第２実施形態に係る水晶振動子の分解斜視図である。 図８は、図７に示した水晶振動子のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面の構成を概略的に示す断面図である。 図９は、本発明の第３実施形態に係る振動装置の構成を概略的に示す断面図である。 図１０は、図９に示した回路基板の構成を示すブロック図である。

以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本発明の技術的範囲を当該実施形態に限定して解するべきではない。

また、以下の説明において、水晶振動素子（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）を備えた水晶振動子（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ Ｕｎｉｔ）を圧電振動子（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ Ｕｎｉｔ）の例に挙げて説明する。水晶振動素子は、印加電圧に応じて振動する圧電体として水晶片（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｂｌａｎｋ）を利用するものである。ただし、本発明の各実施形態に係る圧電振動子は、水晶振動子に限定されるものではなく、セラミック等の他の圧電体を備えた圧電振動素子を利用するものであってもよい。

＜第１実施形態＞
まず、図１から図３を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る水晶振動子１について説明する。図１は、第１実施形態に係る水晶振動子の構成を概略的に示す分解斜視図である。図２は、図１に示した水晶振動子のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面の構成を概略的に示す断面図である。図３は、図１に示した水晶振動素子の構成を概略的に示す平面図である。

なお、図１から図３において、水晶振動素子１０に備えられる励振電極、接続電極、等の電極については図示を省略している。また、図中に示した第１方向Ｄ１、第２方向Ｄ２、及び第３方向Ｄ３は、例えばそれぞれ互いに直交する方向であるが、それぞれ互いに交差する方向であればこれに限定されるものではなく、互いに９０°以外の角度で交差する方向であってもよい。また、第１方向Ｄ１、第２方向Ｄ２、及び第３方向Ｄ３は、図１に示す矢印の方向（正方向）に限定されず、矢印とは反対の方向（負方向）も含む。

図１に示すように、水晶振動子１は、水晶振動素子１０と、蓋部材２０と、ベース部材３０と、を備える。蓋部材２０及びベース部材３０は、水晶振動素子１０を内部空間２６に収容するための保持器（Ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）の構成の一部である。蓋部材２０は、封止枠３７及び接合部材４０を介してベース部材３０に接合されている。

このように、蓋部材２０及びベース部材３０が、水晶振動素子１０を収容するための内部空間２６を形成する。これにより、蓋部材２０及びベース部材３０によって、水晶振動素子１０を保護することができる。

水晶振動素子１０は、水晶片１１を含む。水晶片１１は、例えば、Ｚ板水晶片である。Ｚ板水晶片は、例えば、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸からなる直交座標系において、Ｚ軸を中心に時計回りに０度から５度の範囲で回転させて、Ｘ軸及びＹ軸によって特定される面と平行な面（以下、「ＸＹ面」と呼ぶ。他の軸又は他の方向によって特定される面についても同様である。）が主面となり、Ｚ軸と平行な方向が厚さとなるように、人工水晶を切断及び研磨加工して得られるものを用いる。水晶片１１のＸＹ面に限定されるものではなく、ＸＹ面から数度傾いた面であってもよい。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、それぞれ人工水晶の結晶軸であり、Ｘ軸が電気軸、Ｙ軸が機械軸、Ｚ軸が光学軸に相当する。また、Ｘ軸は、正方向を持つ極性軸である。以下、Ｙ軸と平行な方向をＹ軸方向と呼ぶ。他の軸方向についても同様とする。なお、水晶片は、Ｚ板水晶片以外の異なるカットを適用してもよい。

第１実施形態において、水晶振動素子１０は、Ｙ軸が第１方向Ｄ１と平行であり、Ｘ軸が第２方向Ｄ２と平行であり、Ｚ軸が第３方向Ｄ３と平行となるように配置されている。極性軸であるＸ軸方向においては、＋Ｘ軸方向を第２方向Ｄ２の正方向とし、−Ｘ軸方向を第２方向Ｄ２の負方向とする。但し、第１方向Ｄ１はＹ軸方向に沿っていればよく、例えばＹ軸方向から−５度〜＋５度の範囲で傾いていてもよい。同様に、第２方向Ｄ２もＸ軸方向に沿っていればよく、第３方向Ｄ３もＺ軸方向に沿っていればよい。

図１及び図３に示すように、Ｚ板の水晶片１１から構成される水晶振動素子１０は、基部５０と、一組の振動腕部６０と、緩衝腕部７０と、を備える音叉型の水晶振動素子（Ｔｕｎｉｎｇ Ｆｏｒｋ Ｔｙｐｅ Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）である。

基部５０は、水晶片１１の第１方向Ｄ１負方向側の端部において、一組の振動腕部６０を連結している。同様に、基部５０は、緩衝腕部７０も連結している。基部５０は、蓋部材２０と対向する側に第１主面（表面）５０ａを有し、ベース部材３０と対向する側に第２主面（裏面）５０ｂを有する。

一組の振動腕部６０は、基部５０の第１方向Ｄ１の正方向側から延出し、第２方向Ｄ２に並ぶ第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２を総称するものである。基部５０と同様に、一組の振動腕部６０は、蓋部材２０と対向する側に第１主面（表面）６０ａを有し、ベース部材３０と対向する側に第２主面（裏面）６０ｂを有する。一組の振動腕部６０の第１主面６０ａ及び第２主面６０ｂは、それぞれ、基部５０の第１主面５０ａ及び第２主面５０ｂと連続している。

第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２は中心線Ｃ１を挟むように設けられ、第１振動腕部６１が第２振動腕部６２よりも第２方向Ｄ２の正方向側に位置している。第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２は、それぞれ、第１主面６０ａに第１方向Ｄ１に沿った有底の第１溝６３ａが設けられ、第２主面６０ｂに第１方向Ｄ１に沿った有底の第２溝６３ｂが設けられている。第１溝６３ａ及び第２溝６３ｂは、第３方向Ｄ３において対向している。このように、第１溝６３ａ及び第２溝６３ｂを設けることで、第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２の動きやすさが向上し、第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２から基部５０への振動漏れを抑制することができる。また、第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２は、それぞれ、先端に錘部６４を含んでいる。なお、振動腕部の数は２本に限定されるものではなく、３本以上であってもよい。

緩衝腕部７０は、基部５０から第１方向Ｄ１の正方向に延出し、第２方向Ｄ２において一組の振動腕部６０の間に設けられている。緩衝腕部７０の第１方向Ｄ１における長さ（以下、単に「長さ」という）は、第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２の長さよりも短い。図３に示すように、緩衝腕部７０を平面視したときに、緩衝腕部７０の先端は、第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２の先端よりも、第１方向Ｄ１の負方向側に位置している。このように、緩衝腕部７０の長さを第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２の長さよりも短くすることにより、第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２の長さよりも長くする構成と比較して、水晶振動子１の第１方向Ｄ１の寸法を小さくすることができ、水晶振動子１を小型化することができる。

なお、緩衝腕部７０の長さは、特に限定されるものではなく、第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２の長さよりも長くてもよい。

また、水晶振動素子１０が１本の緩衝腕部７０を備える例を示したが、これに限定されるものではない。水晶振動素子は、複数の緩衝腕部を備えていてもよい。また、緩衝腕部７０は、一組の振動腕部６０の間に設けられる例を示したが、これに限定されるものでない。緩衝腕部は、例えば、第２方向Ｄ２において一組の振動腕部６０の外側に設けられていてもよい。

蓋部材２０は、凹形状、具体的にはベース部材３０の第１主面３２ａに向けられた開口を含む箱形状を有し、内面２４及び外面２５を有する。蓋部材２０は、ベース部材３０の第１主面３２ａに対向する天面部２１と、天面部２１の外縁に接続されており、かつ天面部２１の主面に対して法線方向に延在する側壁部２２と、を含む。蓋部材２０は、水晶振動素子１０を収容することができればその形状は特に限定されるものではなく、例えば、天面部２１の主面を平面視したときに矩形状を有している。蓋部材２０は、例えば、第１方向Ｄ１に平行な長辺と、第２方向Ｄ２に平行な短辺と、第３方向Ｄ３に平行な高さと、を有する。また、蓋部材２０は、凹形状の開口縁においてベース部材３０の第１主面３２ａに対向する対向面２３を有する。対向面２３は、枠形状を有し、水晶振動素子１０の周囲を囲むように延在している。

蓋部材２０は導電性を有する。蓋部材２０は、例えば金属製の部材である。具体的には、蓋部材２０は、鉄（Ｆｅ）及びニッケル（Ｎｉ）を含む合金（例えば４２アロイ）から構成される。蓋部材２０の最内面（内面２４を含む面）にめっきにより形成されたニッケル（Ｎｉ）層等が設けられてもよい。また、蓋部材２０の最外面（外面２５を含む面）に酸化防止等を目的とした金（Ａｕ）層等が設けられてもよい。但し、蓋部材２０の材料は、特に限定されるものではない。

ベース部材３０は、水晶振動素子１０を搭載している。具体的には、水晶振動素子１０は、導電性保持部材３６ａ，３６ｂを介してベース部材３０の第１主面３２ａに励振可能に保持されている。

ベース部材３０は平坦な板形状を有している。ベース部材３０は、第１方向Ｄ１方向に平行な長辺と、第２方向Ｄ２に平行な短辺と、第３方向Ｄ３に平行な厚さと、を有する。

ベース部材３０は基体３１を含んでいる。基体３１は、互いに対向する第１主面３２ａ（表面）及び第２主面３２ｂ（裏面）を有する。基体３１は、例えば絶縁性セラミック（アルミナ）等の焼結材である。この場合、基体３１は、複数の絶縁性セラミックシートを積層して焼結してもよい。あるいは、基体３１は、ガラス材料（例えばケイ酸塩ガラス、又はケイ酸塩以外を主成分とする材料であって、昇温によりガラス転移現象を有する材料）、水晶材料（例えばＡＴカット水晶）又はガラスエポキシ樹脂等で形成してもよい。基体３１は耐熱性材料から構成されることが好ましい。基体３１は、単層であっても複数層であってもよく、複数層である場合、第１主面３２ａの最表層に形成される絶縁層を含む。

ベース部材３０は、第１主面３２ａに設けられた電極パッド３３ａ，３３ｂ，３３ｃと、第２主面３２ｂに設けられた外部電極３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｅ，３５ｆと、を含む。電極パッド３３ａ，３３ｂ，３３ｃは、水晶振動素子１０と電気的に接続する。また、外部電極３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｅ，３５ｆは、図示しない回路基板と電気的に接続する。電極パッド３３ａは、第３方向Ｄ３に延在するビア電極３４ａを介して外部電極３５ａに電気的に接続され、電極パッド３３ｂは、第３方向Ｄ３に延在するビア電極３４ｂを介して外部電極３５ｂに電気的に接続され、電極パッド３３ｃは、第３方向Ｄ３に延在するビア電極３４ｃを介して外部電極３５ｅに電気的に接続されている。

電極パッド３３ａ，３３ｂ，３３ｃは、第１主面３２ａ上においてベース部材３０の第１方向Ｄ１の負方向側の短辺付近に設けられている。図１に示す例では、電極パッド３３ａ，３３ｂ，３３ｃは、ベース部材３０の短辺から離れてかつ当該短辺方向に沿って配列されている。

外部電極３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄは、第２主面３２ｂのそれぞれの角付近に設けられている。図１に示す例では、外部電極３５ａ，３５ｂは、電極パッド３３ａ，３３ｂの直下に配置されている。これにより、第３方向Ｄ３に延在するビア電極３４ａ，３４ｂによって、外部電極３５ａ，３５ｂを電極パッド３３ａ，３３ｂに電気的に接続することができる。

外部電極３５ｅは、電極パッド３３ｃの直下に配置されている。これにより、第３方向Ｄ３に延在するビア電極３４ｃによって、外部電極３５ｅを電極パッド３３ｃに電気的に接続することができる。また、外部電極３５ｅは、後述する突起部７５の直下に配置され、第３方向Ｄ３に延在するビア電極３４ｄに電気的に接続されている。

図１に示す例では、６つの外部電極３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｅ，３５ｆのうち、ベース部材３０の第１方向Ｄ１の負方向側の短辺付近に配置された外部電極３５ａ，３５ｂは、水晶振動素子１０の入出力信号が供給される入出力電極である。また、ベース部材３０の第１方向Ｄ１の正方向側の短辺付近に配置された外部電極３５ｃ，３５ｄは、水晶振動素子１０の励振を指令する入力信号および共振周波数を取り出す出力信号とは別系統の衝撃検知出力を取り出す衝撃検出外部電極である。なお、外部電極３５ｃ，３５ｄの一方は、蓋部材２０に接地電位を供給して蓋部材２０の電磁シールド機能を向上させる接地電極であってもよい。また、外部電極３５ｃ，３５ｄは、省略されてもよい。さらに、残りの２つの外部電極３５ｅ，３５ｆについては、後述する。

ベース部材３０の電極パッド３３ａ，３３ｂ，３３ｃ、及び外部電極３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｅ，３５ｆは、いずれも金属膜から構成されている。例えば、電極パッド３３ａ，３３ｂ，３３ｃ、及び外部電極３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｅ，３５ｆは、それぞれ、下層から上層にかけて、モリブデン（Ｍｏ）層、ニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層が積層されて構成されている。また、ビア電極３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄは、例えば、基体３１を第１主面３２ａから第２主面３２ｂに貫通する図示しないビアホールに、モリブデン（Ｍｏ）等の金属材料を充填して形成されている。

なお、電極パッドと外部電極との電気的な接続の態様は、ビア電極によるものに限定されない。例えば、第１主面３２ａ又は第２主面３２ｂ上に引出電極を引き出すことによって、電極パッドと外部電極との電気的な接続を達成してもよい。あるいは、ベース部材３０の基体３１を複数層で形成し、ビア電極を中間層に至るまで延在させ、中間層において引出電極を引き出すことによって、電極パッド又は内部電極と外部電極との電気的な接続を図ってもよい。

導電性保持部材３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、ベース部材３０の第１主面３２ａと、水晶振動素子１０の基部５０の第２主面５０ｂとの間に設けられている。導電性保持部材３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、ベース部材３０の電極パッド３３ａ，３３ｂ，３３ｃに、水晶振動素子１０を電気的に接続する。導電性保持部材３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、例えば、熱硬化樹脂や紫外線硬化樹脂等を含む導電性接着剤によって形成されており、ベース部材と水晶振動素子との間隔を保つためのフィラー、導電性保持部材に導電性を与えるための導電性粒子、等の添加剤を含んでいる。

ベース部材３０の第１主面３２ａには、封止枠３７が設けられている。封止枠３７は、第１主面３２ａから平面視したときに矩形の枠形状を有している。電極パッド３３ａ，３３ｂは、それぞれ封止枠３７の内側に配置されている。封止枠３７は、水晶振動素子１０を囲むように設けられている。封止枠３７は、導電性を有する材料によって構成されている。例えば、封止枠３７を電極パッド３３ａ，３３ｂと同じ材料で構成することで、電極パッド３３ａ，３３ｂを設ける工程で同時に封止枠３７を設けることができる。

接合部材４０は、蓋部材２０及びベース部材３０のそれぞれの全周に亘って設けられている。具体的には、接合部材４０は、ベース部材３０の第１主面３２ａを平面視したときに矩形の枠形状を有し、封止枠３７上に設けられている。封止枠３７及び接合部材４０は、蓋部材２０の側壁部２２の対向面２３と、ベース部材３０の第１主面３２ａと、の間に挟まれる。

図２に示すように、蓋部材２０及びベース部材３０の両者が封止枠３７及び接合部材４０を介して接合されることによって、水晶振動素子１０は、蓋部材２０とベース部材３０とによって囲まれた内部空間２６に封止される。この場合、内部空間２６の圧力は、大気圧力よりも低圧であることが好ましく、真空状態であることが更に好ましい。

なお、封止枠３７の平面視の形状は、連続した枠形状である場合に限定されず、不連続な枠形状であってもよい。同様に、接合部材４０の平面視の形状も、連続した枠形状である場合に限定されず、不連続な枠形状であってもよい。

ベース部材３０の第１主面３２ａには、突起部７５が設けられている。突起部７５は、ベース部材３０の第１主面３２ａから第３方向Ｄ３の正方向に突出している。突起部７５は、ベース部材３０の第１主面３２ａにおいて、水晶振動素子１０に対向する領域、具体的には、水晶振動素子１０の緩衝腕部７０に対向する領域に設けられている。すなわち、ベース部材３０の第１主面３２ａを平面視したときに、突起部７５と緩衝腕部７０とが重なるように、水晶振動素子１０がベース部材３０の第１主面３２ａに保持されている。

突起部７５は、ベース部材３０の第１主面３２ａを平面視したときに、矩形状を有する。突起部７５は、上面（天面）に設けられた第２衝撃検出電極７６を含む。第２衝撃検出電極７６は、第３方向Ｄ３に延在するビア電極３４ｄを介して外部電極３５ｆに電気的に接続されている。

第２衝撃検出電極７６は、金属膜から構成されている。例えば、第２衝撃検出電極７６は、下層から上層にかけて、モリブデン（Ｍｏ）層、ニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層が積層されて構成されている。但し、第２衝撃検出電極７６は、導体であればよく、第２衝撃検出電極７６の材料は、特に限定されるものではない。

また、第２衝撃検出電極７６は、突起部７５の上面に形成される場合に限定されるものではない。第２衝撃検出電極７６は、突起部７５の表面の少なくとも一部に形成されていればよく、例えば、突起部７５の側面を含む表面全体に形成されていてもよいし、上面の一部のみに形成されていてもよい。

突起部７５は、例えば、ベース部材３０と一体に形成されている。そのため、突起部７５は、ベース部材３０の基体３１と同一材料で構成されている。但し、突起部７５は、ベース部材３０と一体に形成されている構成に限定されるものではない。突起部７５は、例えば、ベース部材３０の第１主面３２ａに別体として設けられていてもよい。この場合、突起部７５は、対向する水晶振動素子１０よりもヤング率が小さい材料で構成することが好ましい。例えば、突起部７５は、水晶片１１から構成される水晶振動素子１０よりもヤング率が小さい樹脂で構成される。また、突起部７５の表面と別の箇所に第２衝撃検出電極７６が形成されてもよい。衝撃が作用したとき、樹脂の突起部が最も先に接触して衝撃を吸収した後、さらに本体部がたわみ、別の箇所に設けられた第２衝撃検出電極７６が水晶振動素子の第１衝撃検出電極７１に近接または接触する位置に、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６とが配置されてもよい。本発明は、突起部を複数設けることを除外しない。

本実施形態では、突起部７５は、平面視において矩形状を有する例を示したが、これに限定されるものではなく、多角形、円形、楕円形等の他の形状を有していてもよい。なお、突起部７５は、音叉型の水晶振動素子の振動腕部６０の側面、あるいは当該側面に対向する基部５０から延びる延長部に設けられてもよい。

本実施形態に係る水晶振動素子１０は、水晶片１１の長辺方向の一方の端部（導電性保持部材３６ａ，３６ｂ，３６ｃが配置される側の端部）が固定端であり、その他方端が自由端となっている。但し、水晶振動素子１０の固定端の位置は、特に限定されるものではない。

次に、図４を参照しつつ、一組の振動腕部６０のより詳細な構成、及び水晶振動素子１０の動作について説明する。図４は、図３に示した水晶振動素子のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面の構成を概略的に示す断面図である。

図４に示すように、第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２の表面には、それぞれ、第１励振電極８１及び第２励振電極８２が設けられている。第１励振電極８１は、第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２の各両側面に設けられている。両側面とは、第１主面６０ａと第２主面６０ｂとを繋ぐ一組の側面である。つまり、第１励振電極８１は、第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２のそれぞれを第２方向Ｄ２において挟むように対向している。第２励振電極８２は、第１主面６０ａ及び第２主面６０ｂにおいて、第１溝６３ａ及び第２溝６３ｂのそれぞれの内部に設けられている。また、第２励振電極８２は、第１溝６３ａ及び第２溝６３ｂの外側にも設けられている。

第１励振電極８１及び第２励振電極８２は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）やクロム（Ｃｒ）を下地層として、金（Ａｕ）を最表層とする多層構造の金属膜からなる電極である。クロムは水晶片との密着性が高いため、長期間の連続運転等による励振電極の剥離を抑制することができる。金は化学的安定が高いため、励振電極の酸化による振動特性の変動を抑制することができる。

第１励振電極８１及び第２励振電極８２は、それぞれ、導電性保持部材３６ａ及び導電性保持部材３６ｂを通して、外部電極３５ａ及び外部電極３５ｂに電気的に接続される。第１励振電極８１及び第２励振電極８２を介して第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２の内部に交番電界が印加されると、第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２の各両側面が交番電界の電圧の大きさに基づいて伸縮する。特定の駆動電圧の交番電界を第１励振電極８１と第２励振電極８２との間に印加することで、第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２が、図３において一組の振動腕部６０の先端に図示した矢印の方向に、互いに接近又は離間するように共振周波数で振動する。これにより、振動腕部６０の共振振動によって得られる所定の共振周波数を含む電気信号が、導電性保持部材３６ａ及び導電性保持部材３６、並びに外部電極３５ａ及び外部電極３５ｂにより出力される。

次に、図５及び図６を参照しつつ、緩衝腕部７０のより詳細な構成、及び緩衝腕部７０及び突起部７５の動作について説明する。図５は、図１に示した水晶振動素子のＶ−Ｖ線に沿った断面の構成を概略的に示す断面図である。図６は、水晶振動素子に衝撃が加わったときの緩衝腕部及び突起部を示す断面図である。

図５に示すように、緩衝腕部７０は、ベース部材３０の第１主面３２ａと隙間を有して対向している。また、図示しない振動腕部６０も同様に、ベース部材３０の第１主面３２ａと隙間を有して対向している。なお、振動腕部６０及び緩衝腕部７０は、本発明の「本体部」の一例に相当する。

緩衝腕部７０は、蓋部材２０と対向する側に第１主面（表面）７０ａを有し、ベース部材３０と対向する側に第２主面（裏面）７０ｂを有する。緩衝腕部７０の第１主面７０ａは、基部５０の第１主面５０ａと連続し、緩衝腕部７０の第２主面７０ｂは、基部５０の第２主面５０ｂと連続している。

緩衝腕部７０は、ベース部材３０の第１主面３２ａに対向する第２主面７０ｂの領域（以下、「第１領域」という）に、第１衝撃検出電極７１を含む。図５に示す例では、第１衝撃検出電極７１は、第２主面７０ｂにおいて緩衝腕部７０の先端側に設けられている。

緩衝腕部７０は、第２主面７０ｂに接続電極７２をさらに含む。接続電極７２は、第２主面７０ｂにおいて第１方向Ｄ１に延在している。接続電極７２の一端（図５において右端）は第１衝撃検出電極７１に電気的に接続されており、接続電極７２の他端（図５において左端）は導電性保持部材３６ｃに電気的に接続されている。これにより、第１衝撃検出電極７１は、接続電極７２、導電性保持部材３６ｃ、電極パッド３３ｃ、及びビア電極３４ｃを介して、外部電極３５ｅに電気的に接続される。

なお、第１衝撃検出電極７１に電気的に接続される接続電極７２、導電性保持部材３６ｃ、電極パッド３３ｃ、ビア電極３４ｃ、及び、外部電極３５ｅと、第２衝撃検出電極７６に電気的に接続される前述のビア電極３４ｄ及び外部電極３５ｆとは、本発明の「衝撃出力配線」を構成する一例に相当する。

第１衝撃検出電極７１及び接続電極７２は、金属膜から構成されている。例えば、第１衝撃検出電極７１及び接続電極７２は、それぞれ、下層から上層にかけて、モリブデン（Ｍｏ）層、ニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層が積層されて構成されている。但し、第１衝撃検出電極７１及び接続電極７２は、導体であればよく、第１衝撃検出電極７１及び接続電極７２の材料は、特に限定されるものではない。

突起部７５は、緩衝腕部７０の第２主面７０ｂに設けられた第１衝撃検出電極７１に対向する領域（以下、「第２領域」という）に設けられている。突起部７５と第１衝撃検出電極７１との間には、所定の距離ｄ１の空隙が設けられている。この距離ｄ１は、ベース部材３０の第１主面３２ａと振動腕部６０の第２主面６０ｂ及び緩衝腕部７０の第２主面７０ｂとの間の隙間の最も小さい距離以下に設定されている。

突起部７５の断面形状は、図５に示す例では矩形である。但し、突起部７５の断面形状は、これに限定されるものではなく、多角形、半円状、半楕円状等の他の形状であってもよい。

ここで、外部から水晶振動子１に第３方向Ｄ３の成分を含む衝撃が加わる場合、図６に示すように、衝撃力の作用によって、振動腕部６０及び緩衝腕部７０が変位し、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との間の所定の距離ｄ１が変化する。具体的には、水晶振動素子１０の緩衝腕部７０が第３方向Ｄ３の負方向に変形し、緩衝腕部７０の第２主面７０ｂが、ベース部材３０の第１主面３２ａに接触する、あるいは、ベース部材３０の第１主面３２ａに接近することがある。

水晶振動子１は、水晶振動素子１０の振動腕部６０及び緩衝腕部７０が、第１領域に設けられている第１衝撃検出電極７１を含み、第１領域と対向する第２領域に、第１衝撃検出電極７１と所定の距離ｄ１を有して設けられている第２衝撃検出電極７６を含み、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との間の電気特性の変化を取り出すように設けられた、第１衝撃検出電極７１及び第２衝撃検出電極７６のそれぞれに電気的に接続されている接続電極７２、導電性保持部材３６ｃ、電極パッド３３ｃ、ビア電極３４ｃ，３４ｄ、及び、外部電極３５ｅ，３５ｆを、さらに備える。前述したように、外部から水晶振動素子１０に第３方向Ｄ３の成分を含む衝撃が加わる場合に、衝撃力の作用によって、第１衝撃検出電極７１が設けられている振動腕部６０及び緩衝腕部７０が変位し、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との間の所定の距離ｄ１が変化する。これにより、接続電極７２、導電性保持部材３６ｃ、電極パッド３３ｃ、ビア電極３４ｃ，３４ｄ、及び、外部電極３５ｅ，３５ｆが、所定の距離ｄ１が変化することによって発生する、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との間の電気特性の変化を取り出すことができる。従って、水晶振動素子１０に加わった衝撃を、水晶振動素子１０の出力で検出することができる。

また、水晶振動子１は、衝撃力の作用によって発生する振動腕部６０及び緩衝腕部７０の変位に応じて所定の距離ｄ１が小さくなる位置に、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６とが配置されている。これにより、例えば、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との接触による導通、又は第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との接近による静電容量の変化を、検出することができる。

また、水晶振動子１は、衝撃力の作用によって発生する振動腕部６０及び緩衝腕部７０の変位によって、第１衝撃検出電極７１が第２衝撃検出電極７６に最も先に接触する位置に配置されている。これにより、第１衝撃検出電極７１以外の部分が第２衝撃検出電極７６に接触するよりも前に、第１衝撃検出電極７１が第２衝撃検出電極７６に接触するので、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との接触による導通を最も先に検出することができる。

また、水晶振動子１は、所定の距離ｄ１が、振動腕部６０の第２主面６０ｂ及び緩衝腕部７０の第２主面７０ｂとの間の隙間の最も小さい距離以下である。これにより、水晶振動素子１０に加わった微小な衝撃を検出することができる。

また、水晶振動子１は、第１領域が、ベース部材３０の第１主面３２ａと対向する水晶振動素子１０の振動腕部６０及び緩衝腕部７０に設けられている。これにより、第２領域をベース部材３０の第１主面３２ａに設けることで、互いに対向する第１衝撃検出電極７１及び第２衝撃検出電極７６を容易に実現することができる。

また、水晶振動子１は、第１領域及び第２領域の少なくとも一方に設けられている突起部７５をさらに備え、衝撃力の作用によって発生する振動腕部６０及び緩衝腕部７０の変位によって、一方に設けられている突起部７５が第１領域及び第２領域の他方に最も先に接触する位置に配置されている。これにより、突起部７５以外の部分が第１領域及び第２領域の他方に接触するよりも前に、突起部７５が第１領域及び第２領域の他方に接触して衝撃力を吸収するので、第１領域及び第２領域の他方以外に加わる衝撃力を低減することができる。

また、水晶振動子１は、第１衝撃検出電極７１又は第２衝撃検出電極７６が突起部７５の表面に設けられている。これにより、第１衝撃検出電極７１以外の部分が第２衝撃検出電極７６に接触するよりも前に、第１衝撃検出電極７１が第２衝撃検出電極７６に接触するので、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との接触による導通を最も先に検出することができる。

さらに、水晶振動子１は、突起部７５の材料は、第１領域の材料及び第２領域の材料の他方よりもヤング率が小さい材料で構成される。これにより、例えば第２領域に設けられた突起部７５は対向する水晶振動素子１０の第１領域よりも柔らかいので、衝撃力の作用によって第１領域及び第２領域の他方が突起部７５に接触するときに、突起部７５が変形することで第１領域及び第２領域の他方に加わる衝撃力を吸収することができる。

本実施形態では、突起部７５がベース部材３０の第１主面３２ａに設けられる例を用いて説明したが、これに限定されるものではない。突起部は、例えば、緩衝腕部７０の第２主面７０ｂに設けられる構成であってもよい。この場合、第１衝撃検出電極７１は、突起部の表面に設けられ、第２衝撃検出電極７６は、ベース部材３０の第１主面３２ａにおいて、第１衝撃検出電極７１に対向する領域に設けられる。あるいは、突起部は、ベース部材３０の第１主面３２ａと緩衝腕部７０の第２主面７０ｂとの両方に設けられる構成であってもよい。

また、本実施形態では、第１衝撃検出電極７１が緩衝腕部７０に設けられ、第２衝撃検出電極７６がベース部材３０に設けられる例を用いて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第１衝撃検出電極７１又は第２衝撃検出電極７６が、振動腕部６０の錘部６４に設けられていてもよい。具体的には、第１衝撃検出電極７１及び第２衝撃検出電極７６の一方が、錘部６４における第２主面６０ｂに設けられ、当該錘部６４の第２主面６０ｂと対向するベース部材３０の第１主面３２ａに第１衝撃検出電極７１及び第２衝撃検出電極７６の他方が設けられる。

さらに、本実施形態では、蓋部材２０は開口を含む箱形状を有し、ベース部材３０は平坦な板形状を有する例を用いて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、蓋部材が平坦な板形状を有し、ベース部材が蓋部材の主面に向けられた開口を含む箱形状を有し、蓋部材が平坦な板形状を有する構成であってもよい。あるいは、蓋部材及びベース部材の両方が、互いに対向する側に開口を含む箱形状を有する構成であってもよい。

なお、本発明の各実施形態に係る振動子は、Ｓｉウェハにフォトリソグラフィー工程、ドライエッチング工程、Ｓｉ層の育成工程を実施してベース部材、振動素子、蓋部材を形成する構成であってもよい。ベース部材と振動素子の支持部と蓋部材とが同じＳｉ材料で一体に形成されてもよい。このとき、ベース部材に支持部が支持された振動素子の本体部が、静電電界のクーロン力によって共振振動させる構成であって、共振振動により得られる特定の共振周波数を含む電気信号を出力する振動子であってもよい。

＜第２実施形態＞
次に、図７及び図８を参照しつつ、本発明の第２実施形態に係る水晶振動子について説明する。図７は、本発明の第２実施形態に係る水晶振動子の分解斜視図である。図８は、図７に示した水晶振動子のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面の構成を概略的に示す断面図である。なお、第１実施形態と同一又は類似の構成について同一又は類似の符号を付している。以下、第１実施形態と異なる点について説明する。

本実施形態に係る水晶振動子２は、水晶振動素子１０Ａを備え、この水晶振動素子１０Ａの構成が第１実施形態と異なっている。具体的には、図７に示すように、水晶振動素子１０Ａは、ＡＴカット型の水晶片１１Ａを含む。ＡＴカット型の水晶片１１Ａは、人工水晶（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ）の結晶軸（Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ａｘｅｓ）であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のうち、Ｙ軸及びＺ軸をＸ軸の周りにＹ軸からＺ軸の方向に３５度１５分±１分３０秒回転させた軸をそれぞれＹ’軸及びＺ’軸とした場合、Ｘ軸及びＺ’軸によって特定される面と平行な面（以下、「ＸＺ’面」と呼ぶ。他の軸によって特定される面についても同様である。）を主面として切り出されたものである。水晶片１１Ａは、互いに対向するＸＺ’面である第１主面１２ａ及び第２主面１２ｂを有する。

ＡＴカット水晶片である水晶片１１Ａは、Ｘ軸方向に平行な長辺が延在する長辺方向と、Ｚ’軸方向に平行な短辺が延在する短辺方向と、Ｙ’軸方向に平行な厚さが延在する厚さ方向を有する。また、水晶片１１Ａは、ＸＺ’面において矩形状を有する。

ＡＴカット水晶片を用いた水晶振動素子は、広い温度範囲で高い周波数安定性を有する。また、水晶結晶は結晶構造が安定しているため、経時変化特性に優れる振動素子を製造することが可能である。なお、ＡＴカット水晶振動素子は、厚みすべり振動モード（Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｓｈｅａｒ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ）を主振動として用いる。

本実施形態では、水晶片１１Ａは平坦な板形状を有している。水晶片１１Ａの第１主面１２ａ及び第２主面１２ｂは、それぞれ平坦面である。

水晶振動素子１０Ａは、一組の電極を構成する第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂを含む。第１励振電極１４ａは、第１主面１２ａに設けられている。また、第２励振電極１４ｂは、第２主面１２ｂに設けられている。第１励振電極１４ａと第２励振電極１４ｂとは、各主面の中央を含む領域で水晶片１１Ａを挟んで互いに対向して設けられている。第１励振電極１４ａと第２励振電極１４ｂは、ＸＺ’面において略全体が重なり合うように配置されている。

第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂは、それぞれ、Ｘ軸方向に平行な長辺と、Ｚ’軸方向に平行な短辺と、Ｙ’軸方向に平行な厚さとを有している。図７に示す例では、ＸＺ’面において、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの長辺は、それぞれ水晶片１１Ａの長辺と平行である。同様に、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの短辺は、それぞれ水晶片１１Ａの短辺と平行である。また、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの長辺は、それぞれ水晶片１１Ａの長辺から離れている。同様に、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの短辺は、それぞれ水晶片１１Ａの短辺から離れている。

水晶振動素子１０Ａは、引出電極１５ａ，１５ｂと、接続電極１６ａ，１６ｂと、を含む。接続電極１６ａは、引出電極１５ａを介して第１励振電極１４ａと電気的に接続されている。また、接続電極１６ｂは、引出電極１５ｂを介して第２励振電極１４ｂと電気的に接続されている。接続電極１６ａ及び接続電極１６ｂは、それぞれベース部材３０に電気的に接続するための端子である。接続電極１６ａ及び接続電極１６ｂは、それぞれ水晶片１１Ａの第２主面１２ｂに設けられている。接続電極１６ａ及び接続電極１６ｂは、それぞれ水晶片１１ＡのＸ軸負方向側の短辺付近において、当該短辺方向に沿って配列されている。

引出電極１５ａは、第１励振電極１４ａと接続電極１６ａとを電気的に接続している。具体的には、引出電極１５ａは、第１主面１２ａ上において第１励振電極１４ａからＸ軸負方向及びＺ’軸正方向に向かって延在し、第１主面１２ａから水晶片１１Ａの各側面を通って第２主面１２ｂに至るように延在し、第２主面１２ｂ上の接続電極１６ａと電気的に接続されている。また、引出電極１５ｂは、第２励振電極１４ｂと接続電極１６ｂとを電気的に接続する。具体的には、引出電極１５ｂは、第２主面１２ｂ上において第２励振電極１４ｂからＸ軸負方向に向かって延在し、第２主面１２ｂ上の接続電極１６ｂと電気的に接続されている。このように引出電極１５ａ，１５ｂを延在させることによって、第１主面１２ａ及び第２主面１２ｂの両主面に設けられた第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂと電気的に接続された接続電極１６ａ，１６ｂを、片方の第２主面１２ｂ上に配置させることができる。

接続電極１６ａ，１６ｂは、導電性保持部材３６ａ，３６ｂを介してベース部材３０の電極に電気的に接続される。

水晶振動素子１０Ａは、第１衝撃検出電極７１と、接続電極７２と、を含む。第１衝撃検出電極７１及び接続電極７２は、それぞれ水晶片１１Ａの第２主面１２ｂに設けられている。第１衝撃検出電極７１は、水晶片１１ＡのＸ軸正方向側の短辺付近において、当該短辺方向に沿って配置されている。接続電極７２は、第２励振電極１４ｂを避けるように、第１衝撃検出電極７１からＺ’軸正方向及びＸ軸負方向に向かって延在し、さらに接続電極１６ａ及び接続電極１６ｂを避けるように、Ｚ’軸負方向及びＸ軸負方向に向かって延在している。接続電極７２は、導電性保持部材３６ｃを介してベース部材３０の電極に電気的に接続される。

第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂ、引出電極１５ａ，１５ｂ、接続電極１６ａ，１６ｂ、第１衝撃検出電極７１、並びに、接続電極７２の各電極の材料は、特に限定されるものではないが、例えば、下地としてクロム（Ｃｒ）層を有し、クロム層の表面にさらに金（Ａｕ）層を有していてもよい。

本実施形態では、水晶振動素子１０Ａは、平坦な板形状の水晶片１１Ａを含む構成を説明したが、これに限定されるものではない。水晶片は、主面の中央を含む振動部が周縁部よりも厚いメサ型構造を採用してもよいし、振動部が周縁部よりも薄い逆メサ構造を採用してもよい。あるいは、水晶片は、振動部と周縁部の厚みの変化（段差）が連続的に変化するコンベックス形状又はべベル形状を適用してもよい。また、水晶片のカット角度は、ＡＴカット以外の異なるカット、例えばＢＴカット等を適用してもよい。

本実施形態に係る水晶振動素子１０Ａは、水晶片１１Ａの長辺方向の一方の端部（導電性保持部材３６ａ，３６ｂが配置される側の端部）が固定端であり、その他方端が自由端となっている。また、水晶振動素子１０Ａは、ＸＺ’面において矩形状を有している。

なお、水晶振動素子１０Ａの固定端の位置は、特に限定されるものではない。変形例として、水晶振動素子１０Ａは、水晶片１１Ａの長辺方向の両端においてベース部材３０に固定されていてもよい。この場合、水晶振動素子１０Ａを水晶片１１Ａの長辺方向の両端において固定する態様で、水晶振動素子１０及びベース部材３０の各電極を形成すればよい。

本実施形態に係る水晶振動子２においては、ベース部材３０の外部電極３５ａ，３５ｂを介して、水晶振動素子１０Ａにおける一組の第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの間に交番電界を印加する。これにより、厚みすべり振動モードなどの所定の振動モードによって水晶片１１Ａの振動部が振動し、該振動に伴う共振特性が得られる。

また、ベース部材３０の外部電極３５ｅ，３５ｆを介して、水晶振動素子１０Ａの第２主面１２ｂに設けられた第１衝撃検出電極７１と、ベース部材３０の第１主面３２ａに設けられた突起部７５の第２衝撃検出電極７６との間の導通、又は、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との間の静電容量の変化を検出する。これにより、厚みすべり振動モードを主振動とする水晶振動素子１０Ａに加わった衝撃を、水晶振動素子１０Ａの出力で検出することができる。

＜第３実施形態＞
次に、図９を参照しつつ、本発明の第３実施形態に係る振動装置について説明する。図９は、本発明の第３実施形態に係る振動装置の構成を概略的に示す断面図である。図９は、図５と同一断面視の図である。図１０は、図９に示した回路基板の構成を示すブロック図である。なお、第１実施形態と同一の構成について同一の符号を付している。以下、第１実施形態と異なる点について説明する。

本実施形態に係る振動装置１００は、前述した第１実施形態の水晶振動子１と、回路基板９０と、を備える。図９に示すように、水晶振動子１は、回路基板９０の上に設けられている。具体的には、ベース部材３０の第２主面３２ｂが回路基板９０の上面に設置される。ベース部材３０の第２主面３２ｂに設けられた外部電極３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｅ，３５ｆは、それぞれ、回路基板９０に電気的に接続されている。

なお、振動装置１００は、第１実施形態の水晶振動子１に代えて、第２実施形態の水晶振動子２を備える構成であってもよい。

図１０に示すように、回路基板９０は、振動制御回路９１と、検出回路９２と、比較回路９３と、カウンタ回路９４と、記憶回路９５と、出力制御回路９６と、を備える。

振動制御回路９１は、外部電極３５ａ及び外部電極３５ｂのそれぞれに、電気的に接続されている。振動制御回路９１は、水晶振動素子１０の振動を制御するように構成されている。具体的には、振動制御回路９１は、外部電極３５ａ及び外部電極３５ｂを介して、水晶振動素子１０の第１励振電極８１及び第２励振電極８２の間に交番電界を印加し、水晶振動素子１０の第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２を振動させる。そして、振動制御回路９１は、交番電界の電圧の大きさを制御することで、第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２の共振振動を制御する。

検出回路９２は、外部電極３５ｅ及び外部電極３５ｆのそれぞれに、電気的に接続されている。検出回路９２は、衝撃が水晶振動子１に加わった回数を検出するように構成されている。一例では、検出回路９２は、外部電極３５ｅ及び外部電極３５ｆを介して、水晶振動素子１０の第１衝撃検出電極７１とベース部材３０の第２衝撃検出電極７６との間に、所定値の電圧を印加する。水晶振動素子１０に加わる衝撃が所定の大きさ未満である場合、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との間には、距離ｄ１の空隙が設けられているので、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６とは接触しない。一方、水晶振動素子１０に加わる衝撃が所定の大きさ以上であると、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６とが接触し、第１衝撃検出電極７１及び第２衝撃検出電極７６が導通する。このときに流れる電流の値又は所定時間にわたる電気量（電荷）は、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との接触面積、接触時間等に応じて変化し、これらは衝撃の大きさに比例又は略比例する。よって、検出回路９２は、例えば第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との接触により流れる電流値を検出することで、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との導通の回数を検出することができる。

このように、検出回路９２が外部電極３５ｅ，３５ｆを介して第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との導通の回数を検出することにより、導通の回数によって水晶振動素子１０に加わった衝撃の回数を定量的に検出することができる。

別の例では、検出回路９２は、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との間の静電容量の変化の回数を検出する。具体的には、検出回路９２は、外部電極３５ｅ及び外部電極３５ｆを介して、水晶振動素子１０の第１衝撃検出電極７１とベース部材３０の第２衝撃検出電極７６との間に、所定値の電圧を印加する。このとき、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との間には、距離ｄ１の空隙が設けられ、絶縁されているので、第１衝撃検出電極７１及び第２衝撃検出電極７６には、静電容量に比例した電荷（静電エネルギー）が蓄えられる。ここで、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との電極間の距離が近づく、または遠ざかれば、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との間の静電容量が、それぞれ、増加または低減するように変化する。よって、検出回路９２は、例えば第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との間の距離ｄ１が変化するときに移動する電荷の量、つまり、電流値を検出することで、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との間の静電容量の変化が上限しきい値を上回る回数及び下限しきい値を下回る回数の少なくとも一方を検出することができる。

このように、検出回路９２が第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との間の静電容量の変化が上限しきい値を上回る回数及び下限しきい値を下回る回数の少なくとも一方を検出することにより、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との電極間の距離が、近づくように作用する衝撃と離れるように作用する衝撃との両方向の衝撃の回数を検出することができる。

いずれの例の構成でも、検出回路９２は、電流電圧変換回路を含み、検出した電流値に応じた電圧値に変換して出力する。

比較回路９３には、検出回路９２が出力する電圧値が入力される。比較回路９３は、この電圧値と所定のしきい値とを比較し、比較結果に基づく値（レベル）の電圧を出力する。比較回路９３は、例えば比較器（コンパレータ）を含んで構成される。比較器の第１入力端子には検出回路９２が出力する電圧値が入力され、第２入力端子には、所定のしきい値の定電圧が入力される。第１入力端子の電圧値が第２入力端子の所定のしきい値より大きい場合、比較回路９３はハイレベル（以下、「Ｈレベル」という）の出力信号を出力する。一方、第１入力端子の電圧値が第２入力端子の所定のしきい値以下である場合、比較回路９３はローレベル（以下、「Ｌレベル」という）の出力信号を出力する。このように、比較回路９３によって、検出回路９２から出力されるアナログ信号の電圧値がデジタル信号に変換される。

カウンタ回路９４には、比較回路９３が出力する電圧信号が入力される。カウンタ回路９４は、例えば、Ｈレベルの出力信号が入力されたときに計数し、Ｌレベルの出力信号が入力されたときには計数しない。これにより、水晶振動素子１０に加わった衝撃の回数が積算される。カウンタ回路９４は、この積算数を出力する。

記憶回路９５には、比較回路９３が出力する電圧信号、つまり、導通の回数又は静電容量の変化の回数と、カウンタ回路９４の積算数、つまり、導通の回数の積算数又は静電容量の変化の回数の積算数とが入力される。記憶回路９５は、導通の回数又は静電容量の変化の回数と、導通の回数の積算数又は静電容量の変化の回数の積算数と、を記憶する。これにより、導通の回数の積算数又は静電容量の変化の回数の積算数が記憶されるので、衝撃が水晶振動素子１０に作用した履歴を記憶することができる。

出力制御回路９６は、記憶回路９５にアクセス可能に接続されている。出力制御回路９６は、記憶回路９５に記憶された積算数を読み出し、当該積算数に基づいて、衝撃履歴状態に応じた信号を外部に出力する。これにより、衝撃履歴状態に応じた信号が外部に出力されるので、衝撃による水晶振動素子１０の劣化状態を外部装置に伝達することができる。従って、衝撃が加わることによる水晶振動素子１０の寿命変動をより高い精度で予測することができ、使用環境に応じた水晶振動素子１０の交換又は廃棄を適切に実施することができる。

本実施形態では、水晶振動子１が回路基板９０の上に設けられる例を用いて説明したが、これに限定されるものでない。例えば、水晶振動子の蓋部材が平坦な板形状を有し、水晶振動子のベース部材が開口を含む箱形状を有する場合に、回路基板９０は、ベース部材の内底面に固定され、蓋部材及びベース部材の内部空間に収容される構成であってもよい。

以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。水晶振動子１では、ベース部材３０と、ベース部材３０の第１主面３２ａに支持される基部５０と、基部５０から延出しており、第１主面３２ａと隙間を有して対向する振動腕部６０及び緩衝腕部７０とを有し、振動腕部６０及び緩衝腕部７０の共振振動によって得られる所定の共振周波数を含む電気信号を出力する水晶振動素子１０と、を備え、水晶振動素子１０の振動腕部６０及び緩衝腕部７０は、第１領域に設けられている第１衝撃検出電極７１を含み、第１領域と対向する第２領域に、第１衝撃検出電極７１と所定の距離ｄ１を有して設けられている第２衝撃検出電極７６を含み、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との間の電気特性の変化を取り出すように設けられた、第１衝撃検出電極７１及び第２衝撃検出電極７６のそれぞれに電気的に接続されている接続電極７２、導電性保持部材３６ｃ、電極パッド３３ｃ、ビア電極３４ｃ，３４ｄ、及び、外部電極３５ｅ，３５ｆを、さらに備える。ここで、外部から水晶振動素子１０に第３方向Ｄ３の成分を含む衝撃が加わる場合に、衝撃力の作用によって、第１衝撃検出電極７１が設けられている振動腕部６０及び緩衝腕部７０が変位し、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との間の所定の距離ｄ１が変化する。これにより、接続電極７２、導電性保持部材３６ｃ、電極パッド３３ｃ、ビア電極３４ｃ，３４ｄ、及び、外部電極３５ｅ，３５ｆが、所定の距離が変化することによって発生する、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との間の電気特性の変化を取り出すことができる。従って、水晶振動素子１０に加わった衝撃を、水晶振動素子１０の出力で検出することができる。

また、前述した水晶振動子１において、衝撃力の作用によって発生する振動腕部６０及び緩衝腕部７０の変位に応じて所定の距離ｄ１が小さくなる位置に、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６とが配置されている。これにより、例えば、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との接触による導通、又は第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との接近による静電容量の変化を、検出することができる。

また、前述した水晶振動子１において、衝撃力の作用によって発生する振動腕部６０及び緩衝腕部７０の変位によって、第１衝撃検出電極７１が第２衝撃検出電極７６に最も先に接触する位置に配置されている。これにより、第１衝撃検出電極７１以外の部分が第２衝撃検出電極７６に接触するよりも前に、第１衝撃検出電極７１が第２衝撃検出電極７６に接触するので、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との接触による導通を最も先に検出することができる。

また、前述した水晶振動子１において、所定の距離ｄ１は、振動腕部６０の第２主面６０ｂ及び緩衝腕部７０の第２主面７０ｂとの間の隙間の最も小さい距離以下である。これにより、水晶振動素子１０に加わった微小な衝撃を検出することができる。

また、前述した水晶振動子１において、第１領域は、ベース部材３０の第１主面３２ａと対向する水晶振動素子１０の振動腕部６０及び緩衝腕部７０に設けられている。これにより、第２領域をベース部材３０の第１主面３２ａに設けることで、互いに対向する第１衝撃検出電極７１及び第２衝撃検出電極７６を容易に実現することができる。

また、前述した水晶振動子１において、第１領域及び第２領域の少なくとも一方に設けられている突起部７５をさらに備え、衝撃力の作用によって発生する振動腕部６０及び緩衝腕部７０の変位によって、一方に設けられている突起部７５が第１領域及び第２領域の他方に最も先に接触する位置に配置されている。これにより、突起部７５以外の部分が第１領域及び第２領域の他方に接触するよりも前に、突起部７５が第１領域及び第２領域の他方に接触して衝撃力を吸収するので、第１領域及び第２領域の他方以外に加わる衝撃力を低減することができる。

また、前述した水晶振動子１において、第１衝撃検出電極７１又は第２衝撃検出電極７６が突起部７５の表面に設けられている。これにより、第１衝撃検出電極７１以外の部分が第２衝撃検出電極７６に接触するよりも前に、第１衝撃検出電極７１が第２衝撃検出電極７６に接触するので、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との接触による導通を最も先に検出することができる。

また、前述した水晶振動子１において、突起部７５の材料は、第１領域の材料及び第２領域の材料の他方よりもヤング率が小さい材料で構成される。これにより、例えば第２領域に設けられた突起部７５は対向する水晶振動素子１０の第１領域よりも柔らかいので、衝撃力の作用によって第１領域及び第２領域の他方が突起部７５に接触するときに、突起部７５が変形することで第１領域及び第２領域の他方に加わる衝撃力を吸収することができる。

また、前述した水晶振動子１において、ベース部材３０とともに、水晶振動素子１０を収容する内部空間２６を形成する蓋部材２０をさらに備える。これにより、蓋部材２０及びベース部材３０によって、水晶振動素子１０を保護することができる。

また、前述した水晶振動子１において、水晶振動素子１０が、基部５０と、基部５０から第１方向Ｄ１に延出する一組の振動腕部６０と、を備える音叉型水晶振動素子である。これにより、音叉型水晶振動素子に加わった衝撃を、音叉型水晶振動素子の出力で検出することができる。

また、前述した水晶振動子１において、音叉型圧電振動素子が、基部５０から第１方向Ｄ１に延出し、第１衝撃検出電極７１又は第２衝撃検出電極７６を含む緩衝腕部７０をさらに備える。これにより、音叉型水晶振動素子に加わった衝撃を、第１衝撃検出電極７１又は第２衝撃検出電極７６を含む緩衝腕部７０を用いて検出することができる。従って、一組の振動腕部６０を用いて衝撃を検出する場合と比較して、音叉型水晶振動素子の周波数特性の変動を抑制することができる。

また、前述した水晶振動子１において、緩衝腕部７０に、突起部７５が形成されている。これにより、突起部７５以外の部分が第１領域及び第２領域の他方に接触するよりも前に、突起部７５が第１領域及び第２領域の他方に接触して衝撃力を吸収するので、例えば基部５０又は振動腕部６０に加わる衝撃力を低減することができる。

また、前述した水晶振動子１において、振動腕部６０の先端は、第１衝撃検出電極７１又は第２衝撃検出電極７６が設けられている錘部６４を含む。これにより、音叉型水晶振動素子に加わった衝撃を、第１衝撃検出電極７１又は第２衝撃検出電極７６が設けられている錘部６４を用いて検出することができる。

また、水晶振動子２では、水晶振動素子１０Ａが、厚みすべり振動モードを主振動とする水晶振動素子である。これにより、厚みすべり振動モードを主振動とする水晶振動素子１０Ａに加わった衝撃を、水晶振動素子１０Ａの出力で検出することができる。

また、振動装置１００では、前述のいずれかの水晶振動子１，２と、接続電極７２、導電性保持部材３６ｃ、電極パッド３３ｃ、ビア電極３４ｃ，３４ｄ、及び、外部電極３５ｅ，３５ｆを介して第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との導通の回数を検出する検出回路９２と、を備える。これにより、導通の回数によって水晶振動素子１０に加わった衝撃の回数を定量的に検出することができる。

また、前述した水晶振動子１において、衝撃力の作用によって発生する振動腕部６０及び緩衝腕部７０の変位によって、第１衝撃検出電極７１が第２衝撃検出電極７６に振動腕部６０及び緩衝腕部７０のなかで最も先に接触する位置に配置されている。これにより、振動腕部６０及び緩衝腕部７０のなかで、第１衝撃検出電極７１以外の部分が第２衝撃検出電極７６に接触するよりも前に、第１衝撃検出電極７１が第２衝撃検出電極７６に接触するので、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との接触による導通の回数を最も先に検出することができる。

また、振動装置１００では、前述のいずれかの水晶振動子１，２と、接続電極７２、導電性保持部材３６ｃ、電極パッド３３ｃ、ビア電極３４ｃ，３４ｄ、及び、外部電極３５ｅ，３５ｆを介して第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との間の静電容量の変化が上限しきい値を上回る回数及び下限しきい値を下回る回数の少なくとも一方を検出する検出回路９２と、を備える。ここで、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との電極間の距離が近づく、または遠ざかれば、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との間の静電容量が、それぞれ、増加または低減するように変化する。よって、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との間の静電容量の変化が上限しきい値を上回る回数及び下限しきい値を下回る回数の少なくとも一方を検出することにより、第１衝撃検出電極７１と第２衝撃検出電極７６との電極間の距離が、近づくように作用する衝撃と離れるように作用する衝撃との両方向の衝撃の回数を検出することができる。

また、前述した振動装置１００において、導通の回数の積算数を記憶する記憶回路９５と、積算数に基づいて、衝撃履歴状態に応じた信号を外部に出力する出力制御回路９６と、をさらに備える。これにより、導通の回数の積算数が記憶されるので、衝撃が水晶振動素子１０に作用した履歴を記憶することができる。また、この衝撃履歴状態に応じた信号が外部に出力されるので、衝撃による水晶振動素子１０の劣化状態を外部装置に伝達することができる。従って、衝撃が加わることによる水晶振動素子１０の寿命変動をより高い精度で予測することができ、使用環境に応じた水晶振動素子１０の交換又は廃棄を適切に実施することができる。

また、前述した振動装置１００において、静電容量の変化の回数の積算数を記憶する記憶回路９５と、積算数に基づいて、衝撃履歴状態に応じた信号を外部に出力する出力制御回路９６と、をさらに備える。これにより、静電容量の変化の回数の積算数が記憶されるので、衝撃が水晶振動素子１０に作用した履歴を記憶することができる。また、この衝撃履歴状態に応じた信号が外部に出力されるので、衝撃による水晶振動素子１０の劣化状態を外部装置に伝達することができる。従って、衝撃が加わることによる水晶振動素子１０の寿命変動をより高い精度で予測することができ、使用環境に応じた水晶振動素子１０の交換又は廃棄を適切に実施することができる。

なお、以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１，２…水晶振動子、１０，１０Ａ…水晶振動素子、１１，１１Ａ…水晶片、１２ａ…第１主面、１２ｂ…第２主面、１４ａ…第１励振電極、１４ｂ…第２励振電極、１５ａ…引出電極、１５ｂ…引出電極、１６ａ…接続電極、１６ｂ…接続電極、２０…蓋部材、２１…天面部、２２…側壁部、２３…対向面、２４…内面、２５…外面、２６…内部空間、３０…ベース部材、３１…基体、３２ａ…第１主面、３２ｂ…第２主面、３３ａ…電極パッド、３３ｂ…電極パッド、３３ｃ…電極パッド、３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ…ビア電極、３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｅ，３５ｆ…外部電極、３６ａ、３６ｂ、３６ｃ…導電性保持部材、３７…封止枠、４０…接合部材、５０…基部、５０ａ…第１主面、５０ｂ…第２主面、６０…振動腕部、６０ａ…第１主面、６０ｂ…第２主面、６１…第１振動腕部、６２…第２振動腕部、６３ａ…第１溝、６３ｂ…第２溝、６４…錘部、７０…緩衝腕部、７０ａ…第１主面、７０ｂ…第２主面、７１…第１衝撃検出電極、７２…接続電極、７５…突起部、７６…第２衝撃検出電極、８１…第１励振電極、８２…第２励振電極、９０…回路基板、９１…振動制御回路、９２…検出回路、９３…比較回路、９４…カウンタ回路、９５…記憶回路、９６…出力制御回路、１００…振動装置、ｄ１，ｄ１’…距離、Ｄ１…第１方向、Ｄ２…第２方向、Ｄ３…第３方向

Claims (19)

1. ベース部材と、
   前記ベース部材の主面に支持される支持部と、前記支持部から延出しており、前記主面と隙間を有して対向する本体部とを有し、前記本体部の共振振動によって得られる所定の共振周波数を含む電気信号を出力する振動素子と、を備え、
   前記振動素子の前記本体部は、第１領域に設けられている第１衝撃検出電極を含み、
   前記第１領域と対向する第２領域に、前記第１衝撃検出電極と所定の距離を有して設けられている第２衝撃検出電極を含み、
   前記第１衝撃検出電極と前記第２衝撃検出電極との間の電気特性の変化を取りだすように設けられた、前記第１衝撃検出電極及び前記第２衝撃検出電極のそれぞれに電気的に接続されている衝撃出力配線を、さらに備える、
   振動子。
2. 衝撃力の作用によって発生する前記本体部の変位に応じて前記所定の距離が小さくなる位置に、前記第１衝撃検出電極と前記第２衝撃検出電極とが配置されている、
   請求項１に記載の振動子。
3. 前記衝撃力の作用によって発生する前記本体部の変位によって、前記第１衝撃検出電極が前記第２衝撃検出電極に最も先に接触する位置に配置されている、
   請求項２に記載の振動子。
4. 前記所定の距離は、前記隙間の最も小さい距離以下である、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の振動子。
5. 前記第１領域は、前記ベース部材の前記主面と対向する前記振動素子の前記本体部に設けられている、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の振動子。
6. 前記第１領域及び前記第２領域の少なくとも一方に設けられている突起部をさらに備え、
   衝撃力の作用によって発生する前記本体部の変位によって、前記一方に設けられている突起部が前記第１領域及び前記第２領域の他方に最も先に接触する位置に配置されている、
   請求項１、２、４、５のいずれか一項に記載の振動子。
7. 前記第１衝撃検出電極又は前記第２衝撃検出電極が前記突起部の表面に設けられている、
   請求項６に記載の振動子。
8. 前記突起部の材料は、前記第１領域の材料及び前記第２領域の材料の他方よりもヤング率が小さい材料で構成される、
   請求項６又は７に記載の振動子。
9. 前記ベース部材とともに、前記振動素子を収容する内部空間を形成する蓋部材をさらに備える、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の振動子。
10. 前記振動素子は、基部と、前記基部から第１方向に延出する振動腕部と、を備える音叉型圧電振動素子である、
    請求項６から８のいずれか一項に記載の振動子。
11. 前記音叉型圧電振動素子は、前記基部から前記第１方向に延出し、前記第１衝撃検出電極又は前記第２衝撃検出電極を含む緩衝腕部をさらに備える、
    請求項１０に記載の振動子。
12. 前記緩衝腕部に、前記突起部が形成されている、
    請求項１１に記載の振動子。
13. 前記振動腕部の先端は、前記第１衝撃検出電極又は前記第２衝撃検出電極が設けられている錘部を含む、
    請求項１０に記載の振動子。
14. 前記振動素子は、厚みすべり振動モードを主振動とする圧電振動素子である、
    請求項１から９のいずれか一項に記載の振動子。
15. 請求項１から１４のいずれか一項に記載の振動子と、
    前記衝撃出力配線を介して前記第１衝撃検出電極と前記第２衝撃検出電極との導通の回数を検出する検出回路と、を備える、
    振動装置。
16. 衝撃力の作用によって発生する前記本体部の変位によって、前記第１衝撃検出電極が前記第２衝撃検出電極に前記本体部のなかで最も先に接触する位置に配置されている、
    請求項１５に記載の振動装置。
17. 請求項１から１４のいずれか一項に記載の振動子と、
    前記衝撃出力配線を介して前記第１衝撃検出電極と前記第２衝撃検出電極との間の静電容量の変化が上限しきい値を上回る回数及び下限しきい値を下回る回数の少なくとも一方を検出する検出回路と、を備える、
    振動装置。
18. 前記導通の回数の積算数を記憶する記憶回路と、
    前記積算数に基づいて、衝撃履歴状態に応じた信号を外部に出力する出力制御回路と、をさらに備える、
    請求項１５または１６のいずれか一項に記載の振動装置。
19. 前記静電容量の変化の回数の積算数を記憶する記憶回路と、
    前記積算数に基づいて、衝撃履歴状態に応じた信号を外部に出力する出力制御回路と、をさらに備える、
    請求項１７に記載の振動装置。