JP4409979B2 - 振動子 - Google Patents

Description

この発明は例えば水晶等からなる音叉型の振動片よりなる振動子に関する。

近年、電子機器のタイムスタンダード等として使用される振動子に対しては、これが使用される電子機器の小型化に伴い、振動子のサイズが小型で、しかもＣＩ値の小なるものが要求されるようになってきている。この要求に対応する振動子として、例えば音叉型の水晶振動子の場合は、従来、図７（ａ）、（ｂ）に示すように構成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−７６８２７号公報（６頁〜８頁、図１１、図１２）

ここで、図７（ａ）は音叉型水晶振動子１１０の上面図であって、図７（ｂ）は図７（ａ）のＤ―Ｄ断面図である。音叉型水晶振動子１１０は脚部１１２、１１３を有し、その脚部１１２、１１３に長溝よりなる溝部１１２ａ、１１３ａが形成されている。図７（ｂ）に示すように、音叉の脚部１１２、１１３の断面形状は略Ｈ型となっている。ここで、このような断面が略Ｈ型の音叉型水晶振動子は、振動子の大きさを従来より小型化しても、電気機械変換係数を高くすることができるため、ＣＩ値（クリスタルインピーダンス又は等価直列抵抗）を低く抑えることができるという特性を有する。このような略Ｈ型の音叉型水晶振動子１１０は外部より電圧が印加されると脚部１１２、１１３が振動する。その振動により、等価回路の直列抵抗部に駆動電流が流れるようになっている。すなわち、溝部１１２ａ、１１３ａに溝電極が形成され、これら溝部１１２ａ、１１３ａが設けられていない両側面１１２ｂ、１１３ｂに側面電極が形成される。そして、電圧が印加されると、溝電極と側面電極の間に電界が生じ、これにより、Ｈ型断面の左右の壁部は圧電効果により、互いに逆方向の伸縮を生じ、脚部１１２、１１３は互いに反対方向の屈曲振動を行い、Ｑ値の高い振動子となる。これに伴い、側面電極と溝電極の間に電流が流れることとなる。

ところで、上記の側面電極と溝電極には外部から電流が供給されることが必要であるが、具体的には、外部から、音叉型水晶振動子１１０の基部１１１に設けられている基部電極を介して、電流は溝電極や側面電極に供給されることになる。このため、基部電極と溝電極や側面電極とを接続する接続電極が必要となる。この接続電極のうち、基部電極と溝電極とを接続する溝電極用接続電極は、図７における基部表面１１１ｃに配置される。また、溝電極と側面電極とを接続する溝・側面間接続電極は、例えば、基部表面１１１ｃと脚部表面１１２ｃとに配置されている。

このような、断面Ｈ型の音叉型水晶振動子１１０は溝部１１２ａ、１１３ａの溝電極と側面１１２ｂ、１１３ｂの側面電極の間の距離が短くとれ、かつ水晶のx軸と略平行の方向の電界を加えることができ、圧電作用の電気機械変換効率を高めることができるので、電極間に駆動電圧を印加した際に音叉型水晶振動子１１０が変形して電流を流すことが容易となる。すなわち、断面Ｈ型の音叉型水晶振動子１１０の場合は従来の溝のない音叉型水晶振動子よりもＣＩ値（クリスタルインピーダンス）を低下させる上において有利となる。

しかしながら、上記の略Ｈ型の音叉型水晶振動子１１０は例えば共振周波数が３２．７６８KHzの小型のものが要求される場合があり、これに伴い図７（ａ）に示す脚部１１２、１１３の横方向の幅が、例えば０．１ｍｍ、溝部１１２ａ、１１３ａの幅が例えば０．
０７ｍｍ程度にまで小型化されている。したがって、上記の基部電極と側面電極とを接続する脚部表面１１２ｃにおける領域（図７（ａ）における斜線部分）の幅Ｗは、例えば０．０１５ｍｍと制限されてしまう。ここで、脚部表面１１２ｃに配置しようとする溝・側面間接続電極の幅は少なくとも０．０１ｍｍ程度は必要である。これでは、溝・側面間接続電極と溝電極との隙間は僅か０．００５ｍｍが許されるということになり、実際の製造工程における誤差を考慮するとこれらの電極同士が接触したり、その他の短絡を起こす可能性が高く、振動子の不良原因となり、又、これを防ぐように製造すると、製造コストが著しく上昇するという問題があった。

そこで、かかる問題を改善するために、図８に示すような音叉型水晶振動子１００が提案され知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−８７０９０号公報（７頁〜１０頁、図１、図３） 図８（ａ）は前記の音叉型水晶振動子１００を示す上面図であり、図８（ｂ）は音叉型水晶振動子１００から電極を省いた水晶片を示す上面図、図８（ｃ）は図８（ａ）のＣ―Ｃ断面図である。図８において、１４０は基部であり、１２０、１３０は基部１４０から突出する脚部である。脚部１２０、１３０の表面及び裏面には溝部１２０ａ、１３０ａがそれぞれ形成されている。そして、これらの脚部１２０、１３０の断面形状は図８（ｃ）に示すように略Ｈ型となっている。この略Ｈ型の音叉型水晶振動子においては、その基部１４０に基部電極１４０ｄ、１４０ｆが形成され、脚部１２０、１３０の溝部１２０ａ、１３０ａには溝電極１２０ｄ、１３０ｄがそれぞれ形成される。そして、図８（ｃ）に示すように、脚部１２０、１３０の両側面には側面電極１２０ｅ、１３０ｅが形成されている。この側面電極のうち、脚部１３０の側面に配置される側面電極１３０ｅは図８（ａ）に示す側面電極用接続電極１４１を介して基部電極１４０ｄに接続され、脚部１２０の側面に配置される側面電極１２０ｅは側面電極用接続電極１４２を介して基部電極１４０ｆに接続している。一方、前記溝電極１２０ｄは溝電極用接続電極１４３を介して基部電極１４０ｄに接続している。そして、前記溝電極１３０ｄは溝・側面間接続電極１４４を介して脚部１２０の側面電極１２０ｅに接続し、ここを経て最終的には基部電極１４０ｆに接続している。

ここで、脚部１２０、１３０の幅は、例えば０．１ｍｍであり、溝部１３０ａ、１２０ａの長さは０．８ｍｍであり、その幅は大部分が０．０７ｍｍであり、基部１４０側の下端部から０．２mmの間では０．０５ｍｍの幅となるように、０．０２ｍｍ程度、段状に狭く形成されている。このように、溝部１２０ａの幅が小さくなった部分の左側には接続電極配置部Ｓが形成され、この部分に側面電極（１２０ｅ）と接続するための前記の溝・側面間接続電極１４４が配置されている。このように、改良された音叉型水晶振動子１００は、改良される前の図７に示す音叉型水晶振動子１１０に比較して、溝部の幅を２段階とし、溝部の幅が小さくなった部分に隣接して接続電極配置部Ｓを設けたので、接続電極配置部Sの幅を広く取れる。よって、溝・側面間接続電極１４４と溝電極（１２０ｄ）との短絡を生じにくく、その点では信頼性のある音叉型水晶振動子を形成することが容易となる。

また上記のような溝部を有する音叉型水晶振動子として、溝部端部の平面形状がテーパー状になっているものが特許文献３に記載されている。特許文献３に記載の当該音叉型水晶振動子においては、溝部のテーパー部が基部に形成されており、これにより溝部の深さを緩やかに変化させ、溝電極の断線を防止している。
特開２００３−１３３８９５公報（６頁〜７頁、図１、図３）

しかしながら、このように溝部の幅が２段階となるような改良された、従来の音叉型水晶振動子にも、以下に述べるような問題がある。すなわち、（１）溝部（１２０ａ、１３０ａ）の平面形状が単純な矩形ではなく、段付きの形状となるため、エッチングにより溝部を形成する際に、実際には溝の幅の広い部分は深くエッチングされ、溝の幅の狭い部分は浅くエッチングされる傾向がある。図９は図８（ｂ）に示す中心線ｃに沿って溝部１２０ａを切断した断面図である。 図９に示すように溝部１２０ａの深さは，基部１４０から0.2mmのところから溝の幅に対応して浅くなり、やや緩やかな段状となっている。ここで、段部の立ち上がりの傾斜は必ずしも一定ではなく、点線で示す範囲に変化する傾向がある。これは溝の幅は段状に変化し、エッチングの深さもこれに追随して急激に変化しようとするのであるが、実際にはエッチング速度に及ぼす種々の要因により影響を受けて遅れを生じ、深さの段部の傾斜はかなりのバラツキを有することとなるからである。このため、左右の脚部において溝部の立体形状が、一致せず若干異なる場合が少なくない。その結果、左右の脚部においてその付け根に近い部分での剛性（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）に若干の差異を生じ、音叉としての左右の脚部の振動の打ち消しが十分に行われず、Ｑ値が低下し、ＣＩ値の増加を招くことがある。

（２）次に、上記の溝部（１３０ａ、１２０ａ）の幅が狭い部分においては、溝部の溝電極（１２０ｄ、１３０ｄ）と側面の側面電極（１２０ｅ、１３０ｅ）との距離が大となり、この部分において側面と溝部の間に加わる電界（結晶の電気軸方向の電界）の強度が低下する。この場合、脚部１２０、１３０の根元に近い部分で電界強度が低下するので、脚部を変形させるための駆動力が低下し、電気機械変換の係数が低下をもたらし、音叉型水晶振動子１００を駆動して十分な電流を流す上で不利となり、ＣＩ値を悪化させる原因となる。

また特許文献３では溝部の形状端部をテーパー状にする工夫が見られるが、テーパー状の部分は音叉型水晶振動子の脚部ではなく基部なので、本発明が目的としているＣＩ値（クリスタルインピーダンス）の低下にはまったく寄与しないものである。

そこで、本発明は図８に例示したような従来の略音叉型の水晶振動子（１００）における上記の問題点を改善することを課題とするものである。そして本発明は、これらの課題を解決することにより、両脚部に溝を有する音叉型の小型の水晶振動子において側面電極への確実な接続を確保しつつ、従来よりもＣＩ値（クリスタルインピーダンス）を低下することを目的とする。

上記課題を解決するためにその第１の手段として本発明は、外部接続用の基部電極を有する振動子基部と、
前記振動子基部から連続して形成され、所定の周波数で振動する２本の振動子脚部と、
前記振動子脚部の表面又は裏面の少なくとも一方であって前記振動子基部にかからない領域に形成した溝部と、
前記溝部に設けた溝電極と、
前記振動子脚部の前記溝部が形成されていない側面に形成した側面電極と、
前記基部電極と前記側面電極とを接続する側面電極用接続電極と、
前記溝電極と前記側面電極とを接続する溝・側面間接続電極とを有する振動子において、
前記振動子基部近傍の前記溝電極と前記側面電極との距離を前記振動子基部に向かって広がるように漸次変化させたことを特徴とする。

上記の課題を解決するためにその第２の手段として本発明は、前記第１の手段において、前記振動子は前記基部近傍の前記溝部の幅を漸次狭くして前記溝電極と前記側面電極と
の距離を漸次変化させたことを特徴とする。

上記の課題を解決するためにその第３の手段として本発明は、前記第２の手段において、前記振動子は前記溝部の幅を漸次テーパー状に狭くしたことを特徴とする。

上記の課題を解決するためにその第４の手段として本発明は、前記第２の手段又は第３の手段において前記溝部の幅は、左右対称に漸次狭くしたことを特徴とする。

上記の課題を解決するためにその第５の手段として本発明は、前記第１の手段乃至第４の手段のいずれかにおいて、前記振動子が音叉型水晶振動片により形成されていることを特徴とする。

上記の課題を解決するためにその第６の手段として本発明は、前記第１の手段において、前記振動子は前記振動子基部付近の前記振動子脚部の幅を前記振動子基部に向かって漸次広くしたことを特徴とする。

上記の課題を解決するためにその第７の手段として本発明は、前記第６の手段において、前記振動子脚部の幅を扇状にしたことを特徴とする。

上記の課題を解決するためにその第８の手段として本発明は、前記第６の手段または第７の手段において前記振動子脚部の幅は、左右対称に漸次広くしたことを特徴とする。

前記の第１の手段によれば、左右の脚部に溝部を有する振動子において溝電極と側面電極の距離を振動子基部の近傍において連続的に変化させることにより、溝電極と側面電極の間に、側面電極への接続電極を設けるスペースを確保して、側面電極への確実な接続ができるとともに、従来のように電極間の距離が不連続的に広くなる振動子に比較し、平均的な電極間距離が短くなり、脚部の付け根の近傍において、駆動の電圧の電界強度が上がり、効率の良い駆動ができ、ＣＩ値が低下する。

前記の第２乃至第５の手段のいずれかによれば、第１の手段の上記したＣＩ値低下の効果に加え、溝部の幅を漸次変化させることにより、従来のように急激に変化させたものと比較して、エッチングにより形成される溝の形状が安定して、左右の脚部の剛性が均一化されて、Ｑ値が向上することによりＣＩ値が低下する。ここで、第４の手段の場合は、各脚部の形が長手方向の中心線に対し左右対称となるので、左右の脚部の振動方向が丁度１８０°の反対方向となって打ち消しあいＱ値が向上する。また、第５の手段の場合は圧電材として水晶を使用するのでＱ値が向上する。

前記の第６乃至第８の手段のいずれかによれば、第１の手段の上記したＣＩ値低下の効果に加え、振動子脚部の幅を振動子基部に向けて漸次広くすることにより、溝部の幅を変化させず固定することができるので、エッチングで溝部を形成するときに、溝部の幅を不連続的に変化させた従来例に比較して溝部の内部形状が安定して、左右の脚部の剛性が均一化されて、Ｑ値が向上することによりＣＩ値が低下する。ここで第８の手段の場合は、各脚部の形が長手方向の中心線に対し左右対称となるので、左右の脚部の振動方向が丁度１８０°の反対方向となって打ち消しあいＱ値が向上する。

以下図面により本発明の実施の形態である実施例１、実施例２を詳述する。

以下に、本発明の実施例１に係る振動子につき図面を用いて説明する。本実施例１に係る振動子は屈曲振動をする音叉型の水晶振動子であり、後述するようにその脚部に溝を有するものである。図１は実施例１に係る水晶振動子を示す図であり、図１（ａ）は音叉型水晶振動子２０の上面図、図１（ｂ）は音叉型水晶振動子２０から電極を除いたバルクの音叉型水晶片の上面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。また、図２は図１（ａ）の音叉型水晶振動子２０の要部の拡大図である。図１において２０は断面が略Ｈ型の音叉型水晶振動子である。この音叉型水晶振動子２０は水晶の単結晶から、板状に切り出された後、音叉型に加工されて形成されている。音叉に加工する前の板状の状態では、単結晶のｘ軸（電気軸）、ｙ軸（機械軸）、ｚ軸（光軸）からなる直交軸において、x軸とｙ軸とからなるxy平面をx軸回りに反時計方向に若干傾けたいわゆる水晶z板を切り出し、これから上記の音叉型水晶振動子２０が形成される。図１（ａ）、（ｂ）において、Ｘ座標は上記ｘ軸に一致した方向となり、Ｙ座標は上記ｙ軸座標から若干傾いた方向となっている。図１において、４は基部、２、３は基部４から図のＹ軸方向に突出するように形成された２本の脚部である。脚部２、３の表面には図１（ｂ）に示すように、溝部２ａ、３ａが形成されている。この溝部２ａ、３ａは図１（ｃ）に示すように、脚部２、３の裏面にも同様に形成されている。そのため脚部の断面形状は略H型に形成される。２ｂ、３ｂは脚部２、３の側面である。

音叉型水晶振動子２０には以下のような電極が形成されている。基部４には基部電極４ａ、４ｂが形成され、脚部２、３の溝部２ａ、３ａには溝電極２ｄ、３ｄが形成され、脚部２、３の側面２ｂ、３ｂには図１（ｃ）に示すように側面電極２ｅ、３ｅが形成されている。この側面電極２ｅ、３ｅのうち、脚部２においてその外側と内側に配置される側面電極２ｅ同士は図１（ａ）に示す側面電極間接続電極２ｅ１を介して接続され、脚部３においてその外側と内側に配置される側面電極３ｅ同士は側面電極間接続電極３ｅ１を介して接続されている。（なお、この側面電極間接続電極２ｅ１、３ｅ１は周波数の微調整用膜としての役割もなしている。） ５ａ、5ｂは側面電極用接続電極、５ｃは溝・側面間接続電極であり、６は溝電極用接続電極である。前記の基部電極４ａは側面電極用接続電極５ａを介して側面電極３ｅに接続し、基部電極４ｂは側面電極用接続電極５ｂを介して側面電極２ｅに接続するとともに、溝電極用接続電極６を介して脚部３の溝電極３ｄにも接続している。また、脚部２の溝電極２ｄは前記溝・側面間接続電極５ｃを介して図２に示すように脚部３の内側の側面電極３ｅに接続している。図１（ａ）に示す７は周波数調整用の厚膜であり、Ｃｒ、Ａｇ等よりなる。上記した電極の構成によって、音叉型水晶振動子２０の表面側に関しては、基部電極４ｂは脚部２の外側と内側の側面電極２ｅに接続するとともに、脚部３の溝電極３ｄにも接続する。また、基部電極４ａは脚部３の外側と内側の側面電極３ｅに接続するとともに、更に溝・側面間接続電極５ｃを介して脚部２の溝電極２ｄに接続している。なお、音叉型水晶振動子２０の裏面側において、脚部３の溝電極３ｄは基部４の裏側に設けた図示しない接続電極により基部電極４ｂに接続され、脚部２の溝電極２ｄも表面と同様にして基部電極４ａに接続される。要するに、溝電極２ｄと側面電極３ｅは基部電極４ａに導通し、溝電極３ｄと側面電極２ｅは基部電極４ａに導通することとなる。

このような電極の配置と接続がなされた音叉型水晶振動子２０をその基部を図示しないケースの端子に固定・接続し、例えば基部電極４ａに正電圧を加え、基部電極４ｂに負電圧を加えたとすれば、脚部２において、溝電極２ｄは正電位となり、側面電極２ｅは負電位となり、電界の方向は溝電極２ｄから側面電極２ｅに向かう方向となる。脚部３においては、溝電極３ｄは負電位となり、側面電極３ｅは正電位となり、電界の方向は側面電極３ｅから溝電極３ｄに向かう方向となる。今、電界の方向が図のXの方向（右方向）で水晶に伸びの応力が発生し、−Xの方向（左方向）で水晶に圧縮の応力が発生するとすると、脚部２においては、溝２ａの外側(右側)の壁部が伸び（Ｙ方向に）、内側（左側）の壁部が（Ｙ方向に）縮小し、脚部２は内側に向けて撓もうとする。脚部３においては電界の
方向は溝３ａの外側（左側）の壁部で右向、溝３ａの内側(右側)の壁部で左向となり、溝３ａの外側の壁部が伸び、内側の壁部が縮小し、脚部３は内側に向けて撓もうとする。逆に、基部電極４ａに負電圧を加え、基部電極４ｂに正電圧を加えたとすれば、脚部２、３における電界方向は上記と逆になり、結果において、脚部２も脚部３も外側に向けて撓もうとする。このようにして、音叉型水晶振動子２０の脚部２と脚部３は互いに反対方向に撓むように駆動され、振動が打ち消し合うように駆動される。
なお、上記した電極の配置、接続と、音叉型水晶振動子２０の駆動原理そのものは公知であるが、本実施例１の説明を明確にするために、説明の順序として述べたものである。

以下に、本実施例１に係る音叉型水晶振動子２０の特徴とするところにつき説明を行う。上記したように音叉型水晶振動子２０の脚部２、３には溝部２ａ、３ａが形成されているが、図１（ｂ）に示すように、この溝部２ａ、３ａの幅は一定ではなく、基部４から少し離れたところから、基部４に向かって幅がテーパー状に減少している。実施例１の場合、脚部２、３の全長は１．６５ｍｍである。溝部２ｂ、３ｂの全長は０．８３ｍｍであり、脚部２、３の付け根と溝部２ａ、３ａの下端のＹ方向の位置は略一致している。脚部２、３の幅は０．１１ｍｍであり、溝部２ａ、３ａの幅は溝部の下端からのＹ方向の距離が０．２ｍｍ以上の場合は０．０７ｍｍと一定である。一方溝部２ａ、３ａの下端から０．２ｍｍ以内の範囲では溝部２ａ、３ａの外形はテーパー２ａｔ、３ａｔをなし、溝幅は溝部２ａ、３ａの下端部に向けて直線的に減少し、その下端部における溝幅は０．０５ｍｍとなり、溝部３ａと側面３ｂの間隔は図２にも示すように0.03ｍｍ以上となっている。このため、この範囲（溝の下端部から０．２ｍｍの範囲）では溝部（２ａ、３ａ）と側面（２ｂ、３ｂ）の間には下方に向けて広がる扇形の配線領域（例えばＤ）が形成される。すなわち、図２にも示すように配線領域における溝・側面間接続電極５ｃの幅が略０．０１ｍｍとなるように形成した場合には、当該接続電極５ｃと溝電極３ｄの間隔は、ある範囲（脚部３の付け根から略０．１４ｍｍの範囲）で０．０１ｍｍ以上となり、製造工程における電極間のショートを確実に防止できる。なお、本実施例１においては溝部２ａ、３ａの外形形状はそれぞれがＹ方向の中心線（例えばＣ）に対し左右対称となっている。これは、Ｙ方向に対する振動の洩れを少なくする効果がある。

本実施例１の特徴の１つは、前記の扇形部分（例えばＤ）において、側面（２ｂ、３ｂ）と溝（２ａ、３ａ）の間の間隔は溝部の下端部から０．２ｍｍ以内の範囲では、上記したように０．０２ｍｍから０．０３ｍｍへと下方に向けて広がっていることに伴い、この範囲では、溝電極２ｄ、３ｄと側面電極３の距離（脚部２、３の上面にはみ出した部分を除く。）も同様に０．０２ｍｍから０．０３ｍｍへと下方に向けて直線的に増加する。これにより、側面電極と溝電極の電極間距離が一気に段付き状に増加する従来例（例えば図８に示す振動子１００）に比較して、電極間距離の平均値が減少し、従来よりも電極間の電界強度の平均値が増加する。特に、脚部（２、３）の根元に近い部分における電界強度の増加は、脚部の駆動力を増加させる効果が大であり、電気／機械の変換の係数を上げ、ＣＩ値の減少をもたらす。

ここで、水晶振動子等の圧電振動子の等価回路は図４に示す４素子等価回路定数Ｌ、Ｃ１、Ｒ、Ｃ０で表される。ここで、ＣＩ値と等価回路定数の関係は、ｆを水晶振動子の共振周波数とすれば、
ＣＩ＝１／（Ｃ１・２πｆ・Ｑ） ・・・・（１）
で表される。ところで、上記したように電気／機械の変換係数が上がれば水晶の変形に起因する電流が流れ易くなるため、動的な容量とも言うべき直列容量Ｃ１の並列容量Ｃ０に対する比率であるＣ１／Ｃ０が増加する（並列容量Ｃ０には水晶が変形しなくても電流が流れる。）。またはＣ０／Ｃ１が減少する。このため、Ｃ０を略一定とすればＣ１が増加する。そして、直列容量Ｃ１が増加すれば、（１）式よりＣＩ値が減少する。

本実施例１の特徴の他の１つとして、脚部に設けられた溝の平面形状に起因して、振動子のＱ値が従来の溝付きの振動子よりも向上する。図３は図１（ｂ）の中心線Ｃに沿った脚部２の溝部２ａの断面を示す図である。かかる溝部２ａはエッチングで形成され、溝の幅が小となるほど溝の深さが小となる傾向があるが、本実施例１の場合は溝部の下端部から０．２mmの距離から直線的に漸次溝幅が減少する。これに伴って溝の深さも一様に直線的に減少し、図９に示した従来例のように段差を生ずることなく、安定したバラツキのない形状となる。よって、断面の形状、寸法のバラツキが左右の脚部２、３において少なくなり、左右の脚の剛性（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）の差が従来よりも少なくなり、左右の脚が逆位相で振動したときの振動の打ち消しが十分に行われ、従来よりも高いＱ値を安定して得ることができる。そして、これにより、（１）式よりＣＩ値の減少をもたらすこととなる。

以下に、従来の段付き溝の音叉型水晶振動子（図８に示したような振動子をいう。）と本実施例１のテーパー溝の音叉型水晶振動子（図１に示した振動子をいう。）の電気特性を表１を用いて説明する。ここでいずれの音叉型水晶振動子も外形寸法、溝の長さ及び溝の最大幅、最小幅は等しく、共振周波数は共に略３２ＫＨｚである。

表１からもわかるように、テーパー溝の音叉型水晶振動子は、従来の段付き溝の音叉型水晶振動子に比較して、Q値(平均値)が２８１５２から２９７７４へと略６％向上し、バラツキは１６２９から８８６へと半減している。テーパー溝の音叉型水晶振動子の場合は上記したように溝の深さを含めた立体形状のバラツキが少ないため、左右の腕の剛性のバランスが安定して取れているためと考えられる。次に直列容量Ｃ１（平均値）もテーパー溝の音叉型水晶振動子の場合は３．１７ｆFから３．３７ｆＦへと略６％増加している。この理由はすでに説明した通りである。以上の結果、テーパー溝の音叉型水晶振動子の場合は段付き溝の音叉型水晶振動子に比較してＣＩ値(平均値)が５５．５ｋΩから４９．７ｋΩへと略１２％減少している。（このようにＣＩ値が低下するのは(１)式においてＱとＣ１が共に増加することによる。）しかも、バラツキも半減し、確実なＣＩ値の低下の効果が得られている。
なお、上記の実施例１の説明においてはテーパー溝の音叉型水晶振動子について説明したが、本発明はこれに限らず、チタン酸バリウム等の他の圧電材を用いた同様の形状のテーパー溝の音叉型圧電振動子においても、同様の原理により、同様またはこれに近い効果を有する。

なお、本実施例１で説明したテーパー溝の音叉型水晶振動子(図１に示す振動子２０)はテーパー付きの溝部を有するものであるが、そのテーパーの部分があくまでも音叉の脚部２、３上に存在することにより、駆動のための電極間距離がテーパー状に減少し、上記したような、配線領域の確保と、駆動の際の電界強度の向上によるＣＩの低下の効果がもたらされている。これに対し溝部の形状だけに着目した場合には前述の特許文献３が近似しているように見えるが、特許文献３に記載の当該音叉型水晶子においては、溝のテーパーの位置は音叉の脚部ではなく、音叉の基部にあり、本実施例１のように、駆動電極間の距離を減少させて、電界強度の向上によりＣＩの低下をさせるという効果、配線領域を拡大するという効果は全く得られていない。よって、本実施例１は公知の当該音叉型水晶子とは目的、構成、作用効果が全く異なり（溝部と平面部との角度を大きくすることにより、レジストの角部での切れを防ぎ断線を防止する。）、これとは実質的に全く無関係である。

以下に、本発明の実施例２に係る振動子につき図面を用いて説明する。本実施例２に係る振動子は図１に示した実施例１の振動子と同様に屈曲振動をする音叉型の水晶振動子であり、同様に、その脚部に溝を有するものである。図５は実施例２に係る音叉型水晶振動子を示す図であり、図５（ａ）はその音叉型水晶振動子３０を示す上面図、図５（ｂ）は
その音叉型水晶振動子３０から電極を除いた音叉型水晶片を示す上面図である。図６は図５（ａ）ののＢ−Ｂ断面図である。その音叉型水晶振動子３０において、１４は、基部１２、１３は基部１４から図のＹ軸方向に突出するように形成された２本の脚部である。脚部１２、１３の表面には溝部１２ａ、１３ａが形成されている。この溝部１２ａ、１３ａは図６に示すように、脚部１２、１３の裏面にも同様に形成されている。そのため脚部の断面形状は略H型に形成される。１２ｂ、１３ｂは脚部１２、１３の側面である。ここで、脚部１２、１３の平面形状はその幅が大部分は一定であるが、基部１４から若干離れた所からは脚部１２、１３の幅が、基部１４に向かって直線的に広がり、側面１２ｂ、１３ｂは図５（ｂ）に示すように、下方に開くテーパー部１２ｂｔ、１３ｂｔを有している。なお脚部１２等の外形は中心軸Ｃに関して左右対称となっている。そして、左右対称の効果は、実施例１において説明したのと同様である。

ここで音叉型水晶振動子３０の具体的な寸法は、例えば以下のようなものである。脚部１２、１３の全長は１．６５ｍｍ、でありその幅は脚部の付け根から０．２ｍｍを超えた部分では一様に０．１１ｍｍである。そして、脚部の付け根から０．２ｍｍ以内の部分においては、脚部の幅は付け根に向かって、テーパー状に広がり、テーパーの下端部における脚部の幅は図５（ｂ）に示すように略０．１３ｍｍとなっている。一方、脚部１２、１３に設けられた溝部１２ａ、１３ａの平面形状は幅が一様の長方形であり、その図面上での下端部のＹ方向の位置は脚部１２、１３の付け根部に略一致する位置にある。溝部１２ｂ、１３ｂの長さは０．８３ｍｍであり、その幅は一定で０．０７ｍｍとなっている。脚部の側面１２ｂ、１３ｂと溝部１２ａ、１３ａとの距離は脚部の付け根から０．２ｍｍ以上離れた場所では、一律に０．０２ｍｍである。そして、脚部の付け根から０．２ｍｍ以下の範囲においては、付け根に近づくほど、脚部１２、１３のテーパーによって、側面（１２ｂ、１３ｂ）と溝部（１２ａ、１３ａ）の間の距離は、０．０２ｍｍから０．０３ｍｍへと下方に向けて増加し、このため、脚部の上面に図５（ｂ）に示すような配線領域Ｄ１を確保することができる。

音叉型水晶振動子３０には以下のような電極が形成されている。基部１４には基部電極１４ａ、１４ｂが形成され、脚部１２、１３の溝部１２ａ、１３ａには溝電極１２ｄ、１３ｄが形成され、脚部１２、１３の側面１２ｂ、１３ｂには図６に示すように、側面電極１２ｅ、１３ｅが形成されている。１２ｅ１、１３ｅ１はそれぞれ、脚部１２、１３における内側と外側の側面電極同士を接続する側面電極間接続電極である。１５ａ、１5ｂは側面電極用接続電極であり、１５ｃは溝・側面間接続電極である。１６は溝電極用接続電極である。１７は周波数調整用の厚膜である。これらの電極間の接続の状態は、図１に示して説明した音叉型水晶振動子２０における対応する電極の場合と同様であるので、その説明を省略する。また、これらの電極を使用した本実施例２に係る音叉型水晶振動子３０の駆動の基本的な原理も図１に示して説明した音叉型水晶振動子２０の場合と同様なので、ここでは説明を省略する。

本実施例２に係る音叉型水晶振動子３０の特徴とするところを述べるならば、（１）上記のように、溝部１２ａ、１３ａの平面形状が、幅が一様な長方形の形状でありながら、脚部１２、１３の平面形状が、付け根部の近傍においてテーパー部１２ｂｔ、１３ｂｔを有するため、この部分において、側面１２ｂ、１３ｂと溝部１２ａ、１３ａの間に、溝・側面間接続電極（１５ｃ）を形成するために十分な幅の配線領域Ｄ１（図５（ｂ））を確保できる。この配線領域Ｄ１の幅は一例として図０．０３ｍｍから０．０２ｍｍまで変化するが、この場合テーパー部の下端においては配線領域Ｄ１の幅は０．０３ｍｍであり、溝・側面間接続電極（１５ｃ）のＸ方向の幅を０．０２ｍｍ弱としても、溝電極１３ｄとの間には略０．１ｍｍの隙間が確保できる。図５（ａ）に示すように、この隙間を確保した状態で溝・側面間接続電極（１５ｃ）をＹ方向にある程度（例えば０．１４ｍｍ以上）伸ばすことができる。そしてこれにより、ショートや断線を起こすことなく側面電極１３
と溝・側面間接続電極（１５ｃ）を確実に接続することができる。（テーパー部１３ｂｔの下端部にまでは、側面電極１３ｅは伸びていないものの、当該下端部から少なくとも０．０１ｍｍのところには側面電極１３ｅが伸びて存在している。）
（２）上記したように、溝部の下端から０．２ｍｍの範囲では、側面（１２ｂ、１３ｂ）と溝部（１２ａ、１３ａ）の間の距離は、０．０２ｍｍから０．０３ｍｍへとテーパー状に変化するので、これに伴って、側面電極１２ｅ、１３ｅと溝電極１２ｄ、１３ｄの距離も連続的に変化する。
よって，図１に示して説明したテーパー溝の音叉型水晶振動子２０の場合と同様の理由により、従来の段溝の音叉型水晶振動子よりも、電極間の平均距離が短くなり、すでに説明した原理により、音叉型水晶振動子３０は等価回路定数のうちの直列容量Ｃ１を増加させ、（１）式によりＣＩ値が低下する。
（３）本実施例２においては、図５（ｂ）に示すように溝部１２ａ、１３ａの平面形状は幅一定の長方形であるので、エッチングによりこれらの溝を形成する際にその深さは、従来の段溝の音叉型水晶振動子の場合のような段がつかず、均一の深さとなり、左右の溝部１２ａ、１３ａの間の寸法のバラツキが少なくなるので、左右の脚部１２、１３の剛性が均一となり、バランスがとれてQ値が向上する。よって、これによっても、（１）式によりＣＩ値が低下する。

本発明の実施例１に係る音叉型水晶振動子の構成を示す図である。 図１に示した音叉型水晶振動子の要部を示す拡大図である。 図１に示した音叉型水晶振動子の溝部の深さの状態を示す断面図である。 図１に示した音叉型水晶振動子の等価回路を示す図である。 本発明の実施例２に係る音叉型水晶振動子の構成を示す図である。 図５に示した音叉型水晶振動子の断面を示す図である。 従来の略Ｈ型（溝付き脚部を有するタイプ）の音叉型水晶振動子を示す図である。 従来の段溝の音叉型水晶振動子の構成を示す図である。 図８に示す音叉型水晶振動子の溝部の深さの状態を示す断面図である。

符号の説明

２、３、１２、１３ 脚部
２ａ、３ａ、１２ａ、１３ａ 溝部
２ｂ、３ｂ、１２ｂ、１３ｂ 側面
２ｄ、３ｄ、１２ｄ、１３ｄ 溝電極
２ｅ、３ｅ、１２ｅ、１３ｅ 側面電極
２ｅ１、３ｅ１、１２ｅ１、１３ｅ１ 側面電極間接続電極
４、１４ 基部
４ａ、４ｂ、１４ａ、１４ｂ 基部電極
５ａ、５ｂ、１５ａ、１５ｂ 側面電極用接続電極
５ｃ、１５ｃ 溝・側面間接続電極
６、１６ 溝電極用接続電極
７、１７ 厚膜
２０、３０ 音叉型水晶振動子
Ｃ 中心線
Ｄ、Ｄ１ 配線領域

Claims (8)

1. 外部接続用の基部電極を有する振動子基部と、
   前記振動子基部から連続して形成され、所定の周波数で振動する２本の振動子脚部と、
   前記振動子脚部の表面又は裏面の少なくとも一方であって前記振動子基部にかからない領域に形成した溝部と、
   前記溝部に設けた溝電極と、
   前記振動子脚部の前記溝部が形成されていない側面に形成した側面電極と、
   前記基部電極と前記側面電極とを接続する側面電極用接続電極と、
   前記溝電極と前記側面電極とを接続する溝・側面間接続電極とを有する振動子において、
   前記振動子基部近傍の前記溝電極と前記側面電極との距離を前記振動子基部に向かって広がるように漸次変化させたことを特徴とする振動子。
2. 前記基部近傍の前記溝部の幅を漸次狭くして前記溝電極と前記側面電極との距離を漸次変化させたことを特徴とする請求項１記載の振動子。
3. 前記溝部の幅を漸次テーパー状に狭くしたことを特徴とする請求項２記載の振動子。
4. 前記溝部の幅は、左右対称に漸次狭くしたことを特徴とする請求項２または請求項３記載の振動子。
5. 前記振動子が音叉型水晶振動片により形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の振動子。
6. 前記振動子基部付近の前記振動子脚部の幅を前記振動子基部に向かって漸次広くしたことを特徴とする請求項１記載の振動子。
7. 前記振動子脚部の幅を扇状にしたことを特徴とする請求項６記載の振動子。
8. 前記振動子脚部の幅は、左右対称に漸次広くしたことを特徴とする請求項請求項６または請求項７記載の振動子。

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