JP5565163B2 - 振動片、振動子、発振器、および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、圧電体材料からなる圧電振動片などの振動片、振動子、発振器、およびそれらを用いた電子機器に関する。

従来から、携帯電話等の通信機器や、コンピューター、ＩＣカード等の情報機器、その他様々な電子機器に圧電デバイスが広く使用されている。最近は、これら電子機器の小型化及び高性能化に伴い、小型化と共に、高品質かつ高安定性の圧電デバイスが要求されている。

屈曲振動モードの圧電振動片は、小型化を図るために振動腕の長さを短くすると、周波数が高くなることがよく知られている。そこで、振動腕の先端部に質量を付加することによって、その質量効果により周波数が高くならないようにしながら振動腕の長さを短くし、圧電振動片を小型化することが行われている（例えば、特許文献１，２を参照）。振動腕先端部への質量付加は、多くの場合、該先端部の幅を基端側よりも大きく形成することによってなされる。

また、音叉型圧電振動片においてＣＩ値を低減するために、振動腕の両主面の少なくとも一方に長手方向の溝部を形成し、かつ該溝部の内面に励振電極を成膜した構造が広く採用されている（例えば、特許文献２を参照）。このような振動腕は、その側面の励振電極と溝部内の励振電極との間で電界が、振動腕の断面において広く分布するように発生し、電界効率が大幅に向上するので、振動片を小型化しても振動損失が少なく、ＣＩ値を低く抑制することができる。

更に、振動腕の溝部を振動腕先端の錘部及び基部に入り込む位置まで延長させた構造の音叉型圧電振動片が提案されている（例えば、特許文献３を参照）。このような溝構造の振動腕は、振動腕の基本振動モードを得るために必要な腕長さを確保でき、かつ振動腕の錘部及び基部との各結合部において、振動腕の振動による溝部への応力集中を解消して安定した振動を得ることができる。

また、特許文献３には、ＣＩ値を低減するために錘部の基部側に突堤部を設けた振動腕が開示されている。図面を参照しながら詳細に説明すると、図６において、特許文献３に記載の音叉型圧電振動片１は、基部２と、基部２の一端部分から平行に延出された一対の振動腕３と、を有している。各振動腕３は、振動腕３の先端側に、振動腕３の基部２側よりも幅が広い錘部５と、振動腕３の長辺方向に沿って形成された有底の第１溝部７と、第１溝部７の側面に形成された第１励振電極９と、振動腕３の側面に形成された第２励振電極１０と、を有している。また、錘部５の基部２側には、振動腕３の側面から連続してそれと同一面をなす側面を一方の側面として、その一方の側面が第１溝部７の側面と平行に形成された貫通孔としての第２溝部８が設けられ、この第２溝部８によって、錘部５の基部２側の両端部には突堤部（突出部）６が形成されている。この突堤部６によって、振動腕３は、錘部５の質量を変えることなく振動二次モーメントの腕長を短くでき、振動の安定性を高め、且つ、ＣＩ値を低く抑制することができる。

実公昭５１−１０７５５号公報 特開２００４−２８２２３０号公報 特開２００５−５８９６号公報

しかしながら、特許文献３に記載の音叉型水晶振動片１では、錘部５の振動腕３の側面の延長線上を一方の側面とする第２溝部８が錘部５の両主面を貫通する貫通孔であるために、錘部５の基部２側の両端部に形成された突堤部６のそれぞれが錘となることによる不具合が生じる虞がある。すなわち、振動腕３が図中矢印の方向に屈曲振動を繰り返したときに、錘部５が振動腕３の振幅の折り返しで振動腕３よりも大きい変位を呈して高次モードに近い振動姿態となることにより、周波数が上昇して振動が不安定になり、ＣＩ値が上昇する虞があることを発明者は見出した。

本発明は、上記の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。
本発明のある形態に係る振動片は、基部と、前記基部の一端から延出され、前記基部側に設けられている腕部、及び前記腕部よりも先端側に設けられ、前記腕部よりも幅が広い錘部を含む振動腕と、を含み、前記振動腕は、表裏の関係にある第１の主面及び第２の主面と、前記第１の主面の一方の端縁と前記第２の主面の一方の端縁とを接続している第１の側面と、前記第１の主面の他方の端縁と前記第２の主面の他方の端縁とを接続している第２の側面と、前記第１の主面及び前記第２の主面の少なくとも一方の主面に前記延出方向に沿って設けられている第１溝部と、前記第１溝部の底部と前記一方の主面とを接続している溝側面と、前記振動腕を前記延出方向に２等分する２等分線よりも前記先端側の前記第１溝部内に配置され、平面視で、両側の前記溝側面の間に設けられている溝内突部と、を含むことを特徴とする。
本発明のある別の形態に係る振動片は、前記溝内突部が、前記振動腕の前記先端側から前記基部側に向かって突出していることを特徴とする。
本発明のある別の形態に係る振動片は、前記溝内突部の周囲は、平面視で、前記第１溝部の前記溝側面に囲まれていることを特徴とする。
本発明のある別の形態に係る振動片は、前記第１溝部が、前記振動腕の前記基部側から前記錘部の領域内まで延出して設けられ、前記錘部は、有底の第２溝部を含み、前記第２溝部は、前記腕部の側面から連続して設けられている一方の側面を備え、前記一方の側面が前記第１溝部の前記溝側面に沿って配置されていることを特徴とする。
本発明のある別の形態に係る振動片は、前記溝内突部が、前記錘部の前記腕部との付け根部よりも前記基部側まで延びていることを特徴とする。
本発明のある別の形態に係る振動子は、前記振動片と、前記振動片が収容されているパッケージと、を備えていることを特徴とする。
本発明のある別の形態に係る発振器は、前記振動片と、回路と、を備えていることを特徴とする。
本発明のある別の形態に係る電子機器は、前記振動片を備えていることを特徴とする。

〔適用例１〕本適用例にかかる振動片は、基部と、前記基部の一端部分から延出された振動腕と、を有し、前記振動腕は、前記基部側に設けられた腕部と、前記腕部よりも先端側に設けられた前記腕部よりも幅が広い錘部と、前記振動腕の表裏に設けられた主面と、表裏の前記主面を、前記振動腕の長手方向に延びて接続し、互いに対向するように形成された側面と、少なくとも一方の前記主面に前記振動腕の長手方向に沿って形成された有底の溝である第１溝部と、前記第１溝部の底部と前記一方の前記主面とが接続された溝側面に形成された第１励振電極と、前記両側面に形成された第２励振電極と、前記振動腕を前記長手方向に２等分する２等分線よりも前記先端側に設けられ、前記第１溝部の一部を挟み前記溝側面に沿うように形成された溝内突部と、を有していることを特徴とする。

この構成によれば、第１溝部を有しているので、振動腕が動きやすくなって効率的に振動することによりＣＩ値を下げることができる。加えて、腕部の先端側に設けられた錘部と第１溝部に設けられた溝内突部とによって振動腕の先端側に質量が付加されることにより、振動腕の長さを増大させることなく周波数を低くすることができる。したがって、小型で低ＣＩ値の振動片を提供することができる。

〔適用例２〕上記適用例にかかる振動片において、前記溝内突部が、前記第１溝部内において前記振動腕の前記先端側から前記基部側に向かって平面視で突出するように設けられていることを特徴とする。

この構成のように、振動腕の先端側における溝内突部の形成位置をルール化することが好ましい。

〔適用例３〕上記適用例にかかる振動片において、前記溝内突部が、平面視で周囲を前記第１溝部に囲まれた島状に形成されていることを特徴とする。

上記構成によれば、第１溝部内に平面視で島状に溝内突部が形成されているため、振動腕の先端側に質量が付加されることにより、振動腕の長さを増大させることなく周波数を低くすることができる。

〔適用例４〕上記適用例にかかる振動片において、前記錘部に形成された第２溝部を有し、前記第２溝部は、前記腕部の側面から連続してそれと同一面をなす側面を一方の側面として備え、その一方の側面が前記第１溝部の前記側面と並行するように形成された有底の溝であり、前記第１溝部が、前記振動腕の前記基部側から前記錘部の領域内まで延長するように設けられ、前記第１励振電極が、前記振動腕の前記基部側から前記錘部の領域内までの前記第１溝部内の連続する前記側面に形成され、前記第２励振電極が、前記振動腕の前記側面から前記第２溝部内の前記一方の側面までの連続する面に形成されていることを特徴とする。

このように第１励振電極を、振動腕の基部側から錘部の領域内まで設けた第１溝部の側面に形成し、かつ第２励振電極を、振動腕の基部側の側面、および、その側面から連続する錘部の側面に連続して形成することによって、振動腕の振動に寄与する電界を振動腕の腕部だけでなく、錘部の領域にも発生させることができる。従って、小型化の要求に対応して振動腕を短くしても、錘部の質量効果を損なうことなく、電極面積を増やして励振効率を高め、ＣＩ値を低減させて圧電振動片の高性能化、高品質化を実現することができる。
また、第２溝部は有底の溝であるので、錘部を貫通する第２溝部を設けた場合に、振動腕に対して錘部が高次モードに近い振動姿態となって周波数が上昇する不具合を回避できることを発明者は見出した。

〔適用例５〕上記適用例にかかる振動片において、前記溝内突部が、前記錘部の前記振動腕との付け根部よりも前記基部側まで延びて形成されていることを特徴とする。

この構成では、先端側に錘部を有するとともに、振動腕の基部側から錘部の領域内まで連続して第１溝部が形成された構成において、溝内突部が、第１溝部の錘部の領域内から、錘部の振動腕との付け根部よりも基部側まで延びて形成された形態を示している。これにより、溝内突部による質量効果がより高くなり、振動片の小型化に顕著な効果を奏する。

〔適用例６〕上記適用例にかかる振動片において、前記溝内突部が、前記錘部から連続して形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、振動腕の第１溝部をエッチングにより形成する工程で、溝内突部を効率的に形成することができるとともに、錘部と溝内突部との間に隙間を設けて形成する場合に、その隙間部分に発生し得るエッチング残りなどが防止できるので、錘部の質量に調整して形成することが可能になり、所望の周波数特性を有する振動片を得ることができる。

〔適用例７〕上記適用例にかかる振動片において、前記溝内突部が、前記振動腕の前記両主面と同じ高さで形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、振動腕の第１溝部をエッチングにより形成する工程で、溝内突部を効率的に形成することができる。

〔適用例８〕上記適用例にかかる振動片において、圧電体材料により形成された圧電振動片であることを特徴とする。

この構成によれば、耐衝撃性が高く優れた振動特性を備えた、例えば、水晶からなる水晶振動片などの圧電振動片を提供することができる。

〔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、
前記振動片を収容するパッケージと、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、上記適用例に記載の振動片を備えていることから、小型、且つ安定した振動特性を有する振動子を提供することが可能となる。

〔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を備えた回路素子と、前記振動片及び前記回路素子を収容するパッケージと、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、上記適用例に記載の振動片を備えていることから、小型、且つ安定した振動特性を有する発振器を提供することが可能となる。

〔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、上記適用例に記載の振動子、または上記適用例に記載の発振器のいずれかを備えたことを特徴とする。

この構成によれば、小型、軽量化で且つ安定した動作を有する電子機器を提供することが可能となる。

〔適用例１２〕本適用例にかかる振動片は、基部と、前記基部の一端部分から延出された振動腕と、を有し、前記振動腕は、両主面および前記両主面を接続し前記振動腕の長手方向に延びる両側面を備え、前記両主面のうち少なくとも一方の主面に前記振動腕の前記長手方向に沿って形成された有底の溝である第１溝部と、前記第１溝部内の前記両側面に形成された第１励振電極と、前記振動腕の前記両側面に形成された第２励振電極と、前記第１溝部に形成された質量付加のための溝内突部であって、前記振動腕の先端側の前記第１溝部内の前記両側面間に位置し、且つ、前記振動腕を前記長手方向について２等分する２等分線よりも前記先端側に配置された溝内突部と、を有していることを特徴とする。

この構成によれば、第１溝部を有しているので、振動腕が動きやすくなって効率的に振動することによりＣＩ値を下げることができるとともに、第１溝部に設けられた溝内突部によって振動腕の先端側に質量が付加されることにより、振動腕の長さを増大させることなく周波数を低くすることができる。したがって、小型で低ＣＩ値の振動片を提供することができる。

〔適用例１３〕上記適用例にかかる振動片において、前記振動腕が、前記振動腕の前記基部側に位置する腕部と、前記腕部よりも前記先端側に位置し前記腕部よりも幅が広い錘部と、を備えていることを特徴とする。

この構成によれば、振動腕の先端部分の錘部が錘の機能を果たすことにより、振動腕の長さを増大させることなく周波数を低くすることができるので、溝部の形成によるＣＩ値の低減効果と併せて錘部の形状を調整することにより、小型で高性能な振動片を提供することができる。

第１実施形態の圧電振動片を模式的に説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ１−Ａ１線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ１−Ｂ１線断面図。 第２実施形態の圧電振動片を模式的に説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ２−Ａ２線断面図（ｃ）は、（ａ）のＢ２−Ｂ２線断面図。 第３実施形態の圧電振動片を模式的に説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ３−Ａ３線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ３−Ｂ３線断面図。 第４実施形態の振動子の概略構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ線での断面図。 第５実施形態の発振器の概略構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ線での断面図。 従来の振動片としての音叉型水晶振動片を模式的に示す平面図。

以下、本発明の振動片を具体化した一実施形態について図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の振動片としての圧電振動片を模式的に説明するものであり、（ａ）は、一方の主面側からみた平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ１−Ａ１線断面図、（ｃ）は、（ａ）のＢ１−Ｂ１線断面図である。

図１において、圧電振動片８１は、水晶などの圧電体材料からなる。圧電振動片８１を水晶により構成する場合、基材の原形となる水晶ウェハー（水晶基材）は、Ｘ軸、Ｙ軸、および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〜５度の範囲で回転させて切り出した水晶Ｚ板を所定の厚みに切断研磨加工して得られるものを用いる。本実施形態の圧電振動片８１は、その水晶Ｚ板を加工することにより形成された基部２２と、この基部２２の一端側（図において上端側）から二股に別れて並行する一対の振動腕８３とからなる、所謂音叉型の外形を有して形成されている。

一対の振動腕８３は、基部２２の一端側から互いに並行するように延出されている。また、振動腕８３は、一対の振動腕８３を平面視した場合の表裏の面である主面と、表（おもて）面および裏面である両主面の振動腕８３の幅方向の両側に位置する端辺同士が振動腕８３の厚さ方向に接続され、振動腕８３の両側で対向するように形成された２つの側面（以下、２つの側面を両側面ともいう）とを有する。すなわち、両側面は、振動腕８３の幅方向の両側にあって対向し、振動腕８３の長手方向（延伸方向）に延びて形成されている。
また、各振動腕８３の先端側には、振動腕８３の基部２２側よりも幅が広い錘部８５がそれぞれ設けられている。このように、各振動腕８３の先端部分の錘部８５が錘の機能を果たすことにより、振動腕８３の長さを増大させることなく周波数を低くすることができる。
なお、本実施形態の振動腕８３は、錘部８５以外の部分が一定の幅を有している構成を図示したが、これに限らず、振動腕８３の腕部（基部２２から錘部８５までの部分）は振動腕８３の基部２２側から先端部の錘部８５に向かって細くなる形状としてもよい。例えば、振動腕８３の基部２２側から先端側の錘部８５に向かって細くなるテーパーを形成することにより、振動腕８３を振動しやすくすることができる。

図１（ａ）に示すように、各振動腕８３の一方の主面には、それぞれの長手方向に沿って一本の有底の第１溝部８７が設けられている。また、図１（ｂ）に示すように振動腕８３の他方の主面にも、振動腕８３の長手方向に沿って一本の有底の第１溝部８７が設けられている。
このような各振動腕８３の両主面それぞれに開口部を有して設けられた第１溝部８７によって、振動腕８３が動きやすくなって効率的に振動することにより、ＣＩ値を下げることができる。

各振動腕８３に設けられた第１溝部８７は、それらの一端側（振動腕８３の先端側）が、錘部８５と振動腕８３との境界まで設けられている。
第１溝部８７の基部２２側から先端側までの側面には第１励振電極８９が形成されている。また、振動腕８３の基部２２側から先端側までの側面には第２励振電極９０が形成されている。

各振動腕８３の基部２２との接続部分となる基端から先端（錘部８５の先端）までの長さＬの半分Ｌ／２よりも先端側（振動腕８３を長手方向について２等分する２等分線Ｐ１よりも先端側）の第１溝部８７内には、質量付加のための溝内突部９５が設けられている。
ここで、溝内突部９５の設けられる位置は、溝内突部９５の質量付加効果を得るため、各振動腕８３の基部２２との接続部分となる基端から先端までの長さＬの半分Ｌ／２よりも先端側としている。これに対し、溝内突部９５が長さＬの半分Ｌ／２よりも基部２２側に設けられると、各振動腕８３の剛性が高まり共振周波数が高くなってしまう。これにより、所望の共振周波数を得るためには振動腕８３の長さを増大（伸長）させる必要が生じ、振動腕８３の長さを短縮（短く）するための、溝内突部９５の錘効果としての機能が果たされなくなる。

溝内突部９５は、第１溝部８７と同時にエッチングにより形成された一例を示しており、図１（ｃ）に示すように、溝内突部９５は、振動腕８３の主面と同じ高さを有して、錘部８５と振動腕８３との境界部分の錘部８５から基部２２側に向かって連続して第１溝部８７の内に形成されている。換言すれば、溝内突部９５は、両側の第１溝部８７の溝側面に沿うように錘部８５から第１溝部８７に突出して形成されている。これにより、溝内突部９５に沿った第１溝部８７の一部は、二つに分かれた形状（二股形状）となり、溝内突部９５は、第１溝部８７の一部の二股に分かれた部分を挟み両側の溝側面と相対することとなっている。

また、本実施形態の溝内突部９５は、第１溝部８７と同時にエッチングにより形成されたものである。このため、溝内突部９５は、振動腕８３の主面と同じ高さを有して、錘部８５と振動腕８３との境界部分の錘部８５から基部２２側に向かって連続して第１溝部８７の内に形成されている。このように、振動腕８３の第１溝部８７をエッチングにより形成する工程で溝内突部９５を同時に形成することにより、溝内突部９５を効率的に形成することができる。

第１溝部８７の連続する側面には第１励振電極８９が形成されている。本実施形態の圧電振動片８１においては、第１励振電極８９は、有底の第１溝部８７の両側面を接続する凹底面にも連続して形成されている。

第１励振電極８９および第２励振電極９０などの電極や配線などは、水晶をエッチングして圧電振動片８１の第１溝部８７を含む外形を形成した後で、例えば、ニッケル（Ｎｉ）またはクロム（Ｃｒ）を下地層として、その上に、蒸着またはスパッタリングにより例えば金（Ａｕ）による電極層を成膜し、その後フォトリソグラフィを用いてパターニングすることにより形成することができる。ここで、クロムは水晶との密着性が高く、また、金は、電気抵抗が低く酸化し難いことが知られている。

本実施形態の圧電振動片８１によれば、各振動腕８３の基部２２との接続部分となる基端から先端までの長さＬの半分Ｌ／２よりも先端側に、質量付加のための溝内突部９５が、第１溝部８７内において振動腕８３の先端側から基部２２側に向かって形成されている。これにより、第１溝部８７に設けられた溝内突部９５によって振動腕８３の先端側に質量が付加されることにより、振動腕８３の長さを増大（伸長）させることなく周波数を低くすることができる。したがって、小型で低ＣＩ値の振動片を提供することができる。

（第２実施形態）
図２は、第２実施形態の振動片としての圧電振動片を模式的に説明するものであり、（ａ）は、一方の主面側からみた平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ２−Ａ２線断面図、（ｃ）は、（ａ）のＢ２−Ｂ２線断面図である。なお、本実施形態の圧電振動片の構成のうち、上記実施形態と同じ構成については同一符号を付して説明を省略する。

圧電振動片２１を構成する基材については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。本実施形態の圧電振動片２１は、基部２２と、この基部２２の一端側（図において上端側）から二股に別れて並行する一対の振動腕２３とからなる、所謂音叉型の外形を有して形成されている。

一対の振動腕２３は、基部２２の一端側から並行するように延出されている。また、各振動腕２３は、一対の振動腕２３を平面視した場合の表裏面である両主面と、その両主面の振動腕２３の幅方向の端辺と端辺とが接続され、振動腕２３の両側で対向するように形成された両側面とを有する。すなわち、両側面は、振動腕２３の両側で対向し、振動腕２３の長手方向（延伸方向）に延びて形成されている。
また、各振動腕２３の先端側には、振動腕２３の基部２２側よりも幅が広い錘部２５がそれぞれ設けられている。このように、各振動腕２３の先端部分の錘部２５が錘の機能を果たすことにより、振動腕２３の長さを増大（伸長）させることなく周波数を低くすることができる。
なお、振動腕２３の腕部（基部２２から錘部２５までの部分）は、振動腕２３の基部２２側から先端側の錘部２５に向かって細くなる形状としてもよい。例えば、振動腕２３の基部２２側から先端側の錘部２５に向かって細くなるテーパーを形成することにより、振動腕２３を振動しやすくすることができる。

図２（ａ）に示すように、各振動腕２３の一方の主面には、それぞれの長手方向に沿って一本の有底の第１溝部２７が設けられている。また、図２（ｂ）に示すように振動腕２３の他方の主面にも、振動腕２３の長手方向に沿って一本の有底の第１溝部２７が設けられている。
このような各振動腕２３の両主面それぞれに開口部を有して設けられた第１溝部２７によって、振動腕２３が動きやすくなって効率的に振動することにより、ＣＩ値を下げることができる。

なお、本実施形態の各振動腕２３において、第１溝部２７は、それらの一端側（振動腕２３の先端側）が、振動腕２３の基部２２側から錘部２５との境界よりも先端側の錘部２５の領域内まで延長するように設けられている。このようにすることにより、振動腕２３が振動する際に生じる応力の集中する領域が振動腕２３の延長方向に分散されるので、振動腕２３の錘部２５の付け根部に応力が集中して破損するなどの不具合を回避できる。

錘部２５の基部２２側には、各振動腕２３の側面から連続してそれと同一面をなす側面を一方の側面として、その一方の側面が第１溝部２７の側面と並行するように形成された有底の第２溝部２８が設けられている。この第２溝部２８により、錘部２５の基部２２側の両端部には突堤部２６がそれぞれ形成される。

各振動腕２３の先端側において、第１溝部２７の両側面間で、且つ、振動腕２３の基部２２との接続部分となる基端から先端までの長さＬの半分Ｌ／２よりも先端側には、質量付加のための溝内突部３５が、第１溝部２７内において振動腕２３の先端側から基部２２側に向かって平面視で突出するように形成されている。換言すれば、溝内突部３５は、第１溝部２７内において、振動腕２３を長手方向において２等分する２等分線Ｐ２よりも先端側に位置するように形成されている。

本実施形態では、溝内突部３５が、錘部２５の領域まで延長して形成された第１溝部２７の振動腕２３先端側の端部から、錘部２５の振動腕２３との境界よりも基部２２側まで延びて形成されている。これにより、溝内突部３５による質量効果がより高くなり、振動片の小型化に顕著な効果を奏する。

また、本実施形態の溝内突部３５は、第１溝部２７と同時にエッチングにより形成されたものである。このため、溝内突部３５は、図２（ｃ）に示すように、振動腕２３の主面と同じ高さを有して、錘部２５の振動腕２３先端側から第１溝部２７の基部２２側に向かって連続して形成されている。このように、振動腕２３の第１溝部２７をエッチングにより形成する工程で溝内突部３５を同時に形成することにより、溝内突部３５を効率的に形成することができる。

振動腕２３の基部２２側から錘部２５の領域内までの第１溝部２７の連続する側面には第１励振電極２９が形成されている。本実施形態の圧電振動片２１においては、第１励振電極２９は、有底の第１溝部２７の両側面を接続する凹底面にも連続して形成されている。
また、振動腕２３の基部２２側から錘部２５の領域内の第２溝部２８までの連続する側面（第２溝部２８の一方の側面）には第２励振電極３０が形成されている。
一方の振動腕２３の第１励振電極２９と他方の振動腕２３の第２励振電極３０とが互いに接続され、基部２２に引き出した接続電極３１，３１から交流電圧を印加することによって、両振動腕２３，２３が互いに接近又は離反する向きに振動する。

第１励振電極２９および第２励振電極３０などの電極や配線などについては、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。

本実施形態の圧電振動片２１によれば、振動腕２３が、第１溝部２７を錘部２５の領域まで延長させて設け、且つ、錘部２５の基部２２側の端部から、振動腕２３の両側面が錘部２５の領域内に直線的に延長されるように第２溝部２８を設けて、振動腕２３の励振に寄与する第１励振電極２９および第２励振電極３０を、振動腕２３の腕部だけでなく、錘部２５の領域にも形成する構成とした。これにより、本実施形態の圧電振動片２１は、小型化の要求に対応して振動腕２３を短くしても、錘部２５の質量効果を損なうことなく、第１励振電極２９および第２励振電極３０の面積を大きくして励振効率を高めることができるので、ＣＩ値を低減させることができる。

ここで、本実施形態の圧電振動片２１では、各振動腕２３の基部２２との接続部分となる基端から先端までの長さＬの半分Ｌ／２よりも先端側に、質量付加のための溝内突部３５を、第１溝部２７内において振動腕２３の先端側から基部２２側に向かって形成した。これにより、第１溝部２７に設けられた溝内突部３５によって振動腕２３の先端側に質量が付加されることにより、振動腕２３の長さを増大（伸長）させることなく周波数を低くすることができる。したがって、小型で低ＣＩ値の振動片を提供することができる。

さらに、本実施形態では、振動腕２３の側面から連続する側面を一側面として錘部２５に形成する第２溝部２８を有底の溝とした。これにより、例えば、錘部２５を貫通する第２溝部を設けた場合に、振動腕２３が高次モードに近い振動姿態となって周波数が上昇する不具合を回避することができる。

（第３実施形態）
上記実施形態では、溝内突部３５を、第１溝部２７内において、錘部２５の振動腕２３先端側から基部２２側に向かって連続して形成された構成を説明した。これに限らず、振動腕の先端側の第１溝部内に設ける溝内突部を、錘部と所定の隙間を空けて設ける構成としてもよい。
図３は、第３実施形態としての溝内突部を錘部と隙間を空けて設けた構成の圧電振動片を模式的に説明するものであり、（ａ）は、一方の主面側からみた平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ３−Ａ３線断面図、（ｃ）は、（ａ）のＢ３−Ｂ３線断面図である。なお、本実施形態の圧電振動片の構成うち、上記実施形態と同じ構成については同一符号を付して説明を省略する。

図３（ａ）において、圧電振動片４１は、基部２２の一端側（図において上端側）から二股に別れて互いに並行に延出する一対の振動腕４３を有している。各振動腕４３の先端側には、振動腕４３の基部２２側よりも幅が広い錘部４５がそれぞれ設けられている。各振動腕４３の両主面には、それぞれの長手方向に沿って一本の有底の第１溝部４７が設けられている。第１溝部４７は、それらの一端側（振動腕４３の先端側）が、錘部４５の領域内まで延長するように設けられている。

錘部４５の基部２２側には、各振動腕４３の側面から連続してそれと同一面をなす側面を一方の側面として、その一方の側面が第１溝部４７の側面と並行するようにに形成された有底の第２溝部４８が設けられている。この第２溝部４８により、錘部４５の基部２２側の両端部には突堤部４６がそれぞれ形成される。
振動腕４３の基部２２側から錘部４５の領域内までの第１溝部４７の連続する側面には第１励振電極４９が形成されている。また、振動腕４３の基部２２側から錘部４５の領域内の第２溝部４８までの連続する側面（第２溝部４８の一方の側面）には第２励振電極５０が形成されている。

各振動腕４３の基部２２との接続部分となる基端から先端までの長さＬの半分Ｌ／２よりも先端側（振動腕４３を長手方向について２等分する２等分線Ｐ３よりも先端側）の第１溝部４７内には、質量付加のための溝内突部５５が、錘部４５と所定の隙間を空けて設けられている。換言すれば、振動腕４３を表面である主面側から平面視した場合に、溝内突部５５が周囲を第１溝部４７に囲まれた、いわゆる島状に形成されている。
溝内突部５５は、その基部２２側の端部を、錘部４５の振動腕４３との境界よりも基部２２側まで延ばして形成されている。なお、本実施形態の溝内突部５５は、第１溝部４７と同時にエッチングにより形成された一例を示しており、溝内突部５５は、図３（ｃ）に示すように、振動腕４３の主面と同じ高さを有し、第１溝部４７内において、錘部４５と所定の隙間を空けて錘部４５側からの基部２２側に向かって形成されている。

本実施形態の圧電振動片４１のように、振動腕４３の先端側の第１溝部４７内に設ける溝内突部５５が、錘部４５と所定の隙間を空けて設けられた構成としても、溝内突部５５によって振動腕４３の先端側に質量が付加されることにより、振動腕４３の長さを増大（伸長）させることなく周波数を低くすることができるので、小型で低ＣＩ値の圧電振動片４１を提供することができる。

以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記実施形態では、屈曲振動モードの圧電振動片２１を一例として説明した。これに限らず、ねじり振動モードなどの屈曲振動モード以外の振動モードの振動片においても、本発明の特徴的な構成を具備させることにより上記実施形態および変形例と同様な耐衝撃性の向上などの効果を得ることができる。

また、上記実施形態および変形例では、基部２２から２本の振動腕２３，４３，６３，８３が互いに並行するように延出されて形成された所謂音叉型の圧電振動片２１，４１，６１，８１における本発明の実施の形態や変形例を説明した。これに限らず、固定端となる基部を有する１本の振動腕のみにより構成される所謂ビーム型振動片などであってもよく、また、３本以上の振動腕を有する振動片であっても、上記実施形態および変形例と同様な効果を得ることができる。

上記実施形態では、圧電体材料の１つである水晶からなる圧電振動片２１について説明したが、これに限らず、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの水晶以外の圧電体材料により構成することもできる。さらに、圧電体材料以外の、例えば、シリコン半導体からなる振動片であっても、上記実施形態および変形例と同様な効果を得ることができる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態として、前述の実施形態で説明した振動片としての圧電振動片を備えた振動子について説明する。
図４は、第４実施形態の振動子の概略構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は、（ａ）のＦ−Ｆ線での断面図である。なお、本実施形態では、前述の第１実施形態で説明した振動片としての圧電振動片８１（水晶振動片）を一例として用いる構成を示し説明する。

図４に示すように、振動子としての水晶振動子１０５は、第１の実施形態の圧電振動片８１と、圧電振動片８１を収容するパッケージ１８０と、を備えている。パッケージ１８０は、パッケージベース１８１、シームリング１８２、蓋体１８５などから構成されている。パッケージベース１８１は、圧電振動片８１を収容できるように凹部が形成され、その凹部に圧電振動片８１の図示しないマウント電極と接続される接続パッド１８８が設けられている。接続パッド１８８は、パッケージベース１８１内の配線に接続され、パッケージベース１８１の外周部に設けられた外部接続端子１８３と導通可能に構成されている。

パッケージベース１８１の凹部の周囲には、シームリング１８２が設けられている。さらに、パッケージベース１８１の底部には、貫通穴１８６が設けられている。圧電振動片８１は、パッケージベース１８１の接続パッド１８８に導電性接着剤１８４を介して接着固定されている。そして、パッケージ１８０は、パッケージベース１８１の凹部を覆う蓋体１８５とシームリング１８２とがシーム溶接されている。パッケージベース１８１の貫通穴１８６には、金属材料などからなる封止材１８７が充填されている。この封止材１８７は、減圧雰囲気内で溶融後固化され、パッケージベース１８１内が減圧状態を保持できるように、貫通穴１８６を気密に封止している。水晶振動子１０５は、外部接続端子１８３を介した外部からの駆動信号により圧電振動片８１が励振され、所定の周波数（例えば、３２．７６８ｋＨｚ）で発振（共振）する。

上述したように、水晶振動子１０５は、前述の実施形態で説明した小型で低ＣＩ値の圧電振動片８１を備えていることから、小型で安定した振動特性を有する水晶振動子１０５を提供することが可能となる。
なお、水晶振動子１０５は、圧電振動片８１に代えて前述した他の形態の振動片、例えば圧電振動片２１，４１を用いても、同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態では、圧電振動片８１を２箇所に設けられた接続パッド１８８に固定する構成で説明したが、接続パッド１８８は２箇所に限られるものではなく、所望の数を設けても良く、圧電振動片８１との接続も所望の接続箇所で行うことができる。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態として、上記で説明した振動片としての圧電振動片を備えた発振器について説明する。
図５は、第５実施形態の発振器の概略構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ線での断面図である。なお、本実施形態では、前述の第１実施形態で説明した振動片としての圧電振動片８１を一例として用いる構成を示し説明する。

発振器としての水晶発振器１０６は、上記水晶振動子１０５の構成に回路素子をさらに備えた構成となっている。なお、上記水晶振動子１０５との共通部分については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図５に示すように、水晶発振器１０６は、第１の実施形態の圧電振動片８１と、圧電振動片８１を発振させる発振回路を有する回路素子としてのＩＣチップ１９１と、圧電振動片８１及びＩＣチップ１９１を収容するパッケージ１８０と、を備えている。ＩＣチップ１９１は、パッケージベース１８１の底部に固着され、金線などの金属ワイヤー１９２により他の配線と接続されている。水晶発振器１０６は、ＩＣチップ１９１の発振回路からの駆動信号により圧電振動片８１が励振され、所定の周波数（例えば、３２．７６８ｋＨｚ）で発振（共振）する。

上述したように、水晶発振器１０６は、前述の実施形態で説明した小型で低ＣＩ値の圧電振動片８１を備えていることから、小型で安定した振動特性を有する水晶発振器１０６を提供することが可能となる。
また、パッケージ１８０内に、圧電振動片２１，４１，８１のいずれかと、その圧電振動片２１，４１，８１を発振させる回路素子（ＩＣチップ１９１）が少なくとも組み込まれているため、ＣＩ値の上昇や不要振動が抑えられて高性能化が実現するとともに、さらに小型化を図ることができる。

なお、水晶発振器１０６は、圧電振動片８１に代えて圧電振動片２１，４１を用いても、同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態では、圧電振動片８１を２箇所に設けられた接続パッド１８８に固定する構成で説明したが、接続パッド１８８は２箇所に限られるものではなく、所望の数を設けても良く、圧電振動片８１との接続も所望の接続箇所で行うことができる。

前述した圧電振動片としての水晶振動片２１，４１，８１は、小型で低ＣＩ値であり安定した振動特性を有している。
従って、この水晶振動片２１，４１，８１をパッケージ化した水晶振動子１０５、或いは水晶発振器１０６は、タイミングデバイスなどとして、デジタル携帯電話、パーソナルコンピューター、電子時計、ビデオレコーダー、テレビなどの電子機器に広く用いられる。特に小型、軽量化を必要とする携帯ゲーム機器、携帯音響機器を一例とする携帯機器などに好適に用いることができる。

１…従来の振動片としての音叉型水晶振動片、２１，４１，８１…振動片としての圧電振動片、２，２２…基部、３，２３，４３，８３…振動腕、５，２５，４５，８５…錘部、６，２６，４６…突堤部、７，２７，４７，８７…第１溝部、８，２８，４８…第２溝部、９，２９，４９，８９…第１励振電極、１０，３０，５０，９０…第２励振電極、３１…接続電極、３５，５５，９５…溝内突部。

Claims (7)

1. 基部と、
   平面視で、前記基部の一端から延出されており、前記基部側に設けられている腕部、及び前記腕部の前記基部側とは反対の側に設けられ前記延出方向に直交する方向に沿った幅が前記腕部よりも広い錘部を含む振動腕と、
   を含み、
   前記振動腕は、
   表裏の関係にある第１の主面および第２の主面と、
   前記第１の主面の前記延出方向に沿った一方の端縁と前記第２の主面の前記延出方向に沿った一方の端縁とを接続している第１の側面と、
   前記第１の主面の前記延出方向に沿った他方の端縁と前記第２の主面の前記延出方向に沿った他方の端縁とを接続している第２の側面と、
   前記第１の主面及び前記第２の主面の少なくとも一方の主面に前記延出方向に沿って設けられており、前記振動腕の前記基部側から前記錘部の領域内まで延出している第１溝部と、
   前記第１溝部の底部と前記一方の主面とを接続している溝側面と、
   前記振動腕の前記延出方向に沿った長さを２等分する２等分線よりも前記基部側とは反対の側の前記第１溝部内に配置され、平面視で、前記延出方向に沿った両側の前記溝側面の間に設けられている溝内突部と、
   を含み、
   前記錘部は、有底の第２溝部を含み、
   前記第２溝部は、前記第１の側面または前記第２の側面から連続して設けられている一方の側面を備え、
   前記一方の側面が、前記第１溝部の前記延出方向に沿った前記溝側面に沿って配置されていることを特徴とする振動片。
2. 請求項１において、
   前記溝内突部が、前記振動腕の前記基部側とは反対の側から前記基部側に向かって突出していることを特徴とする振動片。
3. 請求項１において、
   前記溝内突部の周囲は、平面視で、前記第１溝部の前記溝側面に囲まれていることを特徴とする振動片。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項において、
   前記溝内突部が、前記錘部の前記腕部との付け根部よりも前記基部側まで延びていることを特徴とする振動片。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の振動片と、
   前記振動片が収容されているパッケージと、
   を備えていることを特徴とする振動子。
6. 請求項１乃至４のいずれかに記載の振動片と、
   回路と、
   を備えていることを特徴とする発振器。
7. 請求項１乃至４のいずれかに記載の振動片を備えていることを特徴とする電子機器。

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