(57)【要約】【課題】Ｑ値の低下が抑えられた小型の屈曲振動片、および、それを用いた発振器を提供する。【解決手段】音叉型水晶振動片５０は、基部５２と、この基部５２の一端側から延出する一対の振動腕５３，５４と、からなる音叉型の外形を有し、各振動腕５３，５４の一方の主面側において、各振動腕５３，５４の基部５２との付け根近傍を含む領域には、各振動腕５３，５４それぞれの長手方向に沿って設けられた一本の直線状の有底の溝５６ａ，５７ａと、各溝５６ａ，５７ａに埋設された金などの熱伝導率の高い埋め込み部材５６ｂ，５７ｂとからなる熱伝導路５６，５７が形成されている。同様に、各振動腕５３，５４の他方の主面側において、一方の主面側の溝５６ａ，５７ａと対向する位置に開口部を有して設けられた有底の溝６６ａ，６７ａと、各溝６６ａ，６７ａに埋設された金からなる埋め込み部材６６ｂ，６７ｂとからなる熱伝導路６６，６７が形成されている。【選択図】図１
2010226608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動により圧縮応力または引張応力が作用する第１の領域と、前記第１の領域に圧縮応
力が作用する場合は引張応力が作用し前記第１の領域に引張応力が作用する場合は圧縮応
力が作用する関係にある第２の領域と、を有する屈曲振動体からなり、
前記第１の領域と前記第２の領域の間に、前記屈曲振動体の振動方向と平行な両主面の
うち少なくともいずれか一方の主面側に開口部を有する溝と、該溝に埋設された前記屈曲
振動体よりも高い熱伝導率を有する埋め込み部材とからなる熱伝導路を有することを特徴
とする屈曲振動片。
【請求項２】
請求項１に記載の屈曲振動片において、
前記溝は有底の溝であって、且つ、前記屈曲振動体の前記一方の主面側に開口部を有す
る一方の前記溝と、他方の主面側の前記一方の前記溝の開口部と対向する位置に開口部を
有する他方の前記溝と、を有することを特徴とする屈曲振動片。
【請求項３】
請求項１に記載の屈曲振動片において、
前記溝は有底の溝であって、且つ、前記溝が前記第１の領域と前記第２の領域との間に
複数並設され、隣接する前記溝の前記開口部が、前記屈曲振動体の前記一方の主面側と他
方の主面側とに交互に配置されていることを特徴とする屈曲振動片。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の屈曲振動片において、
前記埋め込み部材が、金（Ａｕ）の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料からなる
ことを特徴とする屈曲振動片。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の屈曲振動片と、該屈曲振動片を駆動させる発振回
路とを少なくとも備えることを特徴とする発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屈曲振動モードで振動する屈曲振動片、および、それを用いた発振器に関す
る。
【背景技術】
【０００２】
従来より、屈曲振動モードで振動する屈曲振動片として、例えば圧電材料などの屈曲振
動体用基材からなる基部から１対の振動腕を平行に延出させて、それらの振動腕を水平方
向に互いに接近または離反する向きに振動させる音叉型の屈曲振動片が広く使用されてい
る。この音叉型屈曲振動片の振動腕を励振させたとき、その振動エネルギーに損失が生じ
ると、ＣＩ（Crystal Impedance）値の増大やＱ値の低下など、振動片の性能を低下させ
る原因となる。そこで、そのような振動エネルギーの損失を防止または低減するために、
従来から様々な工夫がなされている。
【０００３】
例えば、振動腕が延出する基部の両側部に切込み部または所定の深さの切込み溝を形成
した音叉型水晶振動片が知られている（例えば特許文献１、特許文献２を参照）。この音
叉型水晶振動片は、振動腕の振動が垂直方向の成分をも含む場合に、切込み部または切込
み溝により基部から振動が漏れるのを抑制することによって、振動エネルギーの閉じ込め
効果を高めてＣｌ値を制御し、且つ、振動片間でのＣＩ値のばらつきを防止している。
【０００４】
この機械的な振動エネルギーの損失だけでなく、屈曲振動する振動腕の圧縮応力が作用
する圧縮部と引張応力が作用する伸張部との間で温度差が生じ、この温度差を緩和しよう
として作用する熱伝導によっても振動エネルギーの損失が発生する。この熱伝導によって
発生するＱ値の低下は熱弾性損失効果と呼ばれている。
このような熱弾性損失効果によるＱ値の低下を防止または抑制するために、矩形断面を
有する振動腕（振動梁）の中心線上に溝、または孔を形成した音叉型の振動片が、例えば
特許文献３に紹介されている。
【０００５】
特許文献３によれば、一般に温度差を原因として生じる固体の内部摩擦の場合によく知
られた歪と応力との関係式から、熱弾性損失は、屈曲振動モードの振動片において、振動
数が変化したときに、緩和振動数ｆｍ＝１／（２πτ）（ここで、τは緩和時間）でＱ値
が極小となる、と説明されている。このＱ値と周波数との関係を一般的に表すと、図８の
曲線Ｆのようになる（例えば、非特許文献１を参照）。同図において、Ｑ値が極小Ｑ0と
なる周波数が熱緩和周波数ｆ0（＝１／（２πτ））であり、すなわち、熱緩和周波数ｆ0
は上記緩和振動数ｆｍと同じものである。
【０００６】
図面を参照して具体的に説明すると、図７において、特許文献３の音叉型水晶振動片１
は、基部２から延出する２本の平行な振動腕３，４を備え、各振動腕３，４それぞれの中
心線上に直線状の溝または孔６，７が設けられている。この音叉型水晶振動片１の各振動
腕３，４の両主面（溝または孔６，７形成面と同じ面）に設けられた図示しない励振電極
に所定の駆動電圧を印加すると、振動腕３，４は、図中想像線（二点鎖線）および矢印で
示すように、互いに接近または離反する向きに屈曲振動する。
【０００７】
この屈曲振動によって、各振動腕３，４の基部２との付け根部の領域に機械的歪が発生
する。すなわち、振動腕３の基部２との付け根部においては、屈曲振動により圧縮応力ま
たは引張応力が作用する第１の領域１０と、この第１の領域１０に圧縮応力が作用する場
合は引張応力が作用し、第１の領域１０に引張応力が作用する場合は圧縮応力が作用する
関係にある第２の領域１１と、が存在し、これら第１の領域１０および第２の領域１１に
おいては、圧縮応力が作用したときには温度が上昇し、引張応力が作用したときには温度
が下降する。
これと同様に、振動腕４の基部２との付け根部においては、屈曲振動により圧縮応力ま
たは引張応力が作用する第１の領域１２と、この第１の領域１２に圧縮応力が作用する場
合は引張応力が作用し、第１の領域１２に引張応力が作用する場合は圧縮応力が作用する
関係にある第２の領域１３と、が存在し、第１の領域１２および第２の領域１３において
は、圧縮応力が作用したときに温度が上昇し、引張応力が作用したときには温度が下降す
る。
【０００８】
このようにして発生した温度勾配によって、各振動腕３，４の基部２との付け根部分の
内部には、第１の領域１０，１２と第２の領域１１，１３との間で熱伝導が発生する。温
度勾配は、各振動腕３，４の屈曲振動に対応して逆向きに発生し、それに対応して熱伝導
も逆向きとなる。この熱伝導によって、振動腕３，４の振動エネルギーは、その一部が振
動中常に熱弾性損失として失われ、その結果、音叉型水晶振動片１のＱ値が低下して振動
特性が不安定になり、所望の性能を実現することが困難になる。
特許文献３の音叉型水晶振動片１では、各振動腕３，４それぞれの中心線上に設けられ
た溝または孔６，７によって圧縮側から引っ張り側への熱移動が阻止されることにより、
熱弾性損失によるＱ値の低下を防止または軽減することを可能としている。具体的には、
各振動腕３，４に設けられた溝または孔６，７に沿って屈曲振動体内を迂回することによ
り、熱伝導経路が長くなって熱緩和時間τが延長されるので、１／（２πτ）で求められ
る熱緩和周波数は、図８に示す曲線Ｆ1の熱緩和周波数ｆ10に示すように、溝または孔６
，７を設けない従来の音叉型屈曲振動片の曲線Ｆおよびその熱緩和周波数ｆ0に比して図
中左側にシフトする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２６１５７５号公報
【特許文献２】特開２００４−２６０７１８号公報
【特許文献３】実願昭６３−１１０１５１号明細書
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】C.Zener、他２名、「InternalFriction in Solids III.Experimental Demonstration of Thermoelastic InternalFriction」、PHYSICAL REVIEW、1938年１月１日、Volume53、p.10-101
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
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、小型化が進むに従って、
溝または孔によって熱緩和時間を延長する効果が少なくなり、Ｑ値の低下の抑制効果が十
分に得られなくなるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上述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。
【００１３】
〔適用例１〕本適用例にかかる屈曲振動片は、振動により圧縮応力または引張応力が作
用する第１の領域と、前記第１の領域に圧縮応力が作用する場合は引張応力が作用し前記
第１の領域に引張応力が作用する場合は圧縮応力が作用する関係にある第２の領域と、を
有する屈曲振動体からなり、前記第１の領域と前記第２の領域の間に、前記屈曲振動体の
振動方向と平行な両主面のうち少なくともいずれか一方の主面側に開口部を有する溝と、
該溝に埋設された前記屈曲振動体よりも高い熱伝導率を有する埋め込み部材とからなる熱
伝導路を有することを特徴とする。
【００１４】
上記構成によれば、第１の領域と第２の領域との間の熱伝導が、少なくとも屈曲振動体
よりも高い熱伝導率を有する熱伝導路を介して効率的に行われ、第１の領域と第２の領域
との温度を平衡状態とするのに要する熱緩和時間が短縮されるので、Ｑ値の低下を抑える
ことができる。したがって、Ｑ値の低下が抑えられ振動特性の安定した小型の屈曲振動片
を提供することができる。
【００１５】
〔適用例２〕上記適用例にかかる屈曲振動片において、前記溝は有底の溝であって、且
つ、前記屈曲振動体の前記一方の主面側に開口部を有する一方の前記溝と、他方の主面側
の前記一方の前記溝の開口部と対向する位置に開口部を有する他方の前記溝と、を有する
ことを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、屈曲振動体の両主面側に開口部をそれぞれ有する一方の溝および他
方の溝が、双方向からエッチングして形成されることにより、エッチング形状の揃った一
方の溝および他方の溝が得られる。したがって、屈曲振動体の第１の領域と第２の領域と
の熱伝導を安定して行うことができる熱伝導路を有し、Ｑ値の安定した屈曲振動片を提供
することができる。
【００１７】
〔適用例３〕上記適用例にかかる屈曲振動片において、前記溝は有底の溝であって、且
つ、前記溝が前記第１の領域と前記第２の領域との間に複数並設され、隣接する前記溝の
前記開口部が、前記屈曲振動体の前記一方の主面側と他方の主面側とに交互に配置されて
いることを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、屈曲振動片の第１の領域と第２の領域との間の熱伝導経路の全域に
渡って、熱伝導が熱伝導路を直線的に通過して行われる構成とすることができるので、第
１の領域と第２の領域との熱緩和時間をさらに短縮して、Ｑ値の低下をより効果的に抑え
ることができる。
【００１９】
〔適用例４〕上記適用例にかかる屈曲振動片において、前記埋め込み部材が、金（Ａｕ
）の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料からなることを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、熱伝導路による熱緩和時間が短縮されることによってＱ値の低下が
抑制される効果を十分に得ることができることを本願発明者は見出した。
【００２１】
〔適用例５〕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屈曲振動片と
、該屈曲振動片を駆動させる発振回路とを少なくとも備えることを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、上記適用例に示すＱ値の低下が抑制された屈曲振動片を備えている
ので、安定した発振特性を有する小型の発振器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（ａ）は、第１の実施形態の屈曲振動片としての音叉型水晶振動片を模式的に説明する一方の主面側の平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図。
【図２】（ａ）は、動作中の音叉型水晶振動片の基部と各振動腕との連結部を模式的に説明する部分拡大平面図、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線における断面図。
【図３】音叉型水晶振動片の熱伝導路の埋め込み部材として適用可能な材料の例およびその熱伝導率を表す説明図。
【図４】（ａ）は、第２の実施形態の音叉型水晶振動片を模式的に説明する一方の主面側の平面図、（ｂ）は、（ａ）のｃ−ｃ線断面図。
【図５】（ａ）は、音叉型水晶振動片の変形例１を模式的に説明する一方の主面側の平面図、（ｂ）は、（ａ）のｄ−ｄ線断面図。
【図６】（ａ）は、音叉型水晶振動片の変形例２を模式的に説明する一方の主面側の平面図、（ｂ）は、（ａ）のｅ−ｅ線断面図。
【図７】従来の音叉型水晶振動片の典型例を示す平面図。
【図８】屈曲振動モードの屈曲振動片における緩和周波数とＱ値の極小値との関係を表す線図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の屈曲振動片を音叉型水晶振動片に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。
【００２５】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の屈曲振動片としての音叉型水晶振動片を模式的に説明したも
のであり、（ａ）は、音叉型水晶振動片５０の一方の主面側の平面図、（ｂ）は、（ａ）
のＡ−Ａ線断面図である。
図１（ａ）において、本実施形態の音叉型水晶振動片５０は、屈曲振動体材料を加工す
ることにより形成された基部５２と、この基部５２の一端側（図において上端側）から二
股に別れて互いに平行に延出する一対の振動腕５３，５４とからなる所謂音叉型の外形を
有して形成されている。屈曲振動体材料としては、本実施形態では従来の音叉型水晶振動
片と同様に、水晶の単結晶から切り出されたものを使用する。例えば、所謂Ｚカットの水
晶薄板から、水晶結晶軸のＹ軸を振動腕５３，５４の長手方向に、Ｘ軸をその幅方向に、
Ｚ軸を振動片の表裏主面の垂直方向にそれぞれ配向して形成される。
【００２６】
なお、屈曲振動体材料として、上記の水晶以外の圧電基板を用いる構成であってもよい
。例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル
酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ほう酸リチウム（Ｌ
ｉ2Ｂ4Ｏ7）などの酸化物基板や、ガラス基板上に窒化アルミニウム、五酸化タンタル（
Ｔａ2Ｏ5）などの薄膜圧電材料を積層させて構成された圧電基板を用いることができる。
また、圧電基板以外にも、例えばシリコン半導体材料などにより屈曲振動片を形成するこ
ともできる。
ただし、屈曲振動片の共振周波数は屈曲振動体材料のヤング率を質量密度で除した値の
平方根に比例し、ヤング率を質量密度で除した値が小さい材料ほど、屈曲振動片の小型化
に有利である。よって、本実施形態の音叉型水晶振動片５０のように水晶からなる屈曲振
動片は、シリコン半導体材料などに比してヤング率を質量密度で除した値の平方根が小さ
くできるので小型化に有利であるとともに、周波数温度特性に優れているので、本発明の
屈曲振動片としての音叉型水晶振動片５０に用いる材料として特に好ましい。
【００２７】
各振動腕５３，５４の一方の主面には、励振電極３６Ａ，３７Ａが形成されている。ま
た、基部５２の振動腕５３，５４が延出された一端側と異なる他端側近傍には、外部との
接続に供する外部接続電極７６，７７が設けられている。これらの外部接続電極７６，７
７は、それぞれ励振電極３６Ａ，３７Ａと対応しており、それぞれ対応する電極同士が、
音叉型水晶振動片５０の主面や側面に引き回されて設けられた図示しない引き回し配線に
より接続されている。
【００２８】
同様に、各振動腕５３，５４の他方の主面には、各振動腕５３，５４において各励振電
極３６Ａ，３７Ａの対向電極としての励振電極３６Ｂ，３７Ｂ（図１（ｂ）を参照）がそ
れぞれ設けられている。ここで、振動腕５３の励振電極３６Ａ，３６Ｂは同電位であり、
振動腕５４の励振電極３７Ａ，３７Ｂは同電位である。また、各振動腕５３，５４の励振
電極３６Ａ，３６Ｂと励振電極３７Ａ，３７Ｂとは電位が異なる。励振電極３６Ｂ．３７
Ｂは、それぞれ対応する励振電極３６Ａ，３７Ａや外部接続電極７６，７７などの電極と
、音叉型水晶振動片５０の主面や側面に引き回されて設けられた図示しない引き回し配線
により接続されている。
なお、本実施形態の音叉型水晶振動片５０の特徴をわかりやすく説明する便宜上図示を
省略したが、各振動腕５３，５４の励振電極３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，３７Ｂが形成され
た両主面と直交する両側面には、それぞれの振動腕５３，５４の励振電極３６Ａ，３６Ｂ
または励振電極３７Ａ，３７Ｂとそれぞれ同電位の励振電極が形成されている。
【００２９】
上記した電極や配線は、従来、水晶をエッチングして音叉型水晶振動片５０の外形を形
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。
【００３０】
また、各振動腕５３，５４の一方の主面側において、各振動腕５３，５４の基部５２と
の付け根近傍を含む領域には、各振動腕５３，５４それぞれの長手方向に沿って設けられ
た一本の直線状の有底の溝５６ａ，５７ａと、各溝５６ａ，５７ａに埋設された少なくと
も屈曲振動体としての水晶よりも熱伝導率の高い埋め込み部材５６ｂ，５７ｂとからなる
熱伝導路５６，５７が形成されている。本実施形態では、埋め込み部材５６ｂ，５７ｂに
金（Ａｕ）を用いている。
同様に、図１（ｂ）に示すように、各振動腕５３，５４の他方の主面側において、一方
の主面側の溝５６ａ，５７ａと対向する位置に開口部を有して設けられた有底の溝６６ａ
，６７ａと、各溝６６ａ，６７ａに埋設された金からなる埋め込み部材６６ｂ，６７ｂと
からなる熱伝導路６６，６７が形成されている。
【００３１】
なお、音叉型水晶振動片５０の音叉型の外形、および、各振動腕５３，５４の一方の主
面側に開口部を有する熱伝導路５６，５７の溝５６ａ，５７ａと、他方の主面側に開口部
を有する熱伝導路６６，６７の溝６６ａ，６７ａとは、例えば水晶ウエハなどの水晶基材
をフッ酸溶液などでウェットエッチングしたり、ドライエッチングすることにより精密に
形成することができる。なお、本実施形態では、各振動腕５３，５４の両主面側に開口部
を有する各振動腕ごとに一対ずつの熱伝導路５６，６６または熱伝導路５７，６７の溝５
６ａ，６６ａまたは溝５７ａ，６７ａは、それぞれ双方向からエッチングして形成される
ので、エッチング形状の揃った溝５６ａ，６６ａおよび溝５７ａ，６７ａが得られる。こ
れにより、各振動腕５３，５４ごとの熱伝導路５６，６６および熱伝導路５７，６７によ
る後述する熱伝導を安定して行うことができるので、音叉型水晶振動片５０のＱ値の安定
化に効果を奏する。
【００３２】
音叉型水晶振動片５０の構成において特に重要な熱伝導路５６，５７，６６，６７の埋
め込み部材５６ｂ，５７ｂ，６６ｂ，６７ｂには、少なくとも屈曲振動体材料としての水
晶よりも高い熱伝導率を有する材料が用いられ、例えば、図３に示す材料を用いることが
好ましい。特に、図３に示す材料のなかでも、埋め込み部材５６ｂ，５７ｂ，６６ｂ，６
７ｂとして、金の熱伝導率以上の熱伝導率を有する材料を用いた熱伝導路５６，５７，６
６，６７を設けたときに、後述する熱弾性損失が抑えられ、Ｑ値の低下を効果的に抑制で
きることを本願発明者は見出した。すなわち、図３において、熱伝導路５６，５７，６６
，６７の埋め込み部材５６ｂ，５７ｂ，６６ｂ，６７ｂに用いる材料としては、金、銅（
Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、あるいは、非金属ではダイヤモンド（Ｃ）が、Ｑ値の改善に特に顕
著に寄与することから望ましい。
【００３３】
図１において、音叉型水晶振動片５０に、外部に接続された励振手段としての発振回路
（図示せず）から励振電極３６Ａ，３６Ｂおよび励振電極３７Ａ，３７Ｂに駆動電圧を印
加すると、振動腕５３，５４は水平方向に、図中矢印Ｇで示すように互いに接近または離
反する向きに屈曲振動する。この屈曲振動によって、基部５２と各振動腕５３，５４との
連結部において、各振動腕５３，５４の振動方向の付け根部分の領域には、圧縮応力と引
張応力とが発生する。音叉型水晶振動片５０動作中の基部５２と各振動腕５３，５４の連
結部における熱的な挙動について、図面を参照して詳細に説明する。図２は、音叉型水晶
振動片５０動作中の基部５２と各振動腕との連結部を模式的に説明するものであり、（ａ
）は部分拡大平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線における断面図である。
【００３４】
図２（ａ）に示すように、音叉型水晶振動片動作中の各振動腕５３，５４の基部５２と
の付け根近傍では、振動腕５３の図中の第１の領域１１０および第２の領域１１１に圧縮
応力と引張応力とが発生し、これと同様に、振動腕５４の基部５２との連結部分の領域に
も圧縮応力と引張応力とが発生する。すなわち、振動腕５３の自由端側が振動腕５４に接
近する向きに屈曲振動すると、振動腕５３の第１の領域１１０には引張応力が作用して温
度が下降し、第２の領域１１１には圧縮応力が作用して温度が上昇する。逆に、振動腕５
３の自由端側が振動腕５４から離反する向きに屈曲すると、第１の領域１１０には圧縮応
力が作用して温度が上昇し、第２の領域１１１には引張応力が作用して温度が下降する。
【００３５】
同様に、振動腕５４の自由端側が振動腕５３に接近する向きに屈曲振動すると、振動腕
５４の第１の領域１１２には圧縮応力が作用して温度が上昇し、第２の領域１１３には引
張応力が作用して温度が下降する。逆に、振動腕５４の自由端側が振動腕５３から離反す
る向きに屈曲すると、第１の領域１１２には引張応力が作用して温度が下降し、第２の領
域１１３には圧縮応力が作用して温度が上昇する。
このように、振動腕５３，５４それぞれの基部５２との連結部の内部には、圧縮応力が
作用する部分と引張応力が作用する部分との間で温度勾配が生じ、その傾斜は、各振動腕
５３，５４の振動の向きによって逆向きになる。
【００３６】
この温度勾配によって、熱が、圧縮側の部分から引張（伸張）側の部分へ、すなわち、
高温側からから低温側へと伝達される。本実施形態の音叉型水晶振動片５０では、この圧
縮側の部分から伸張側の部分への熱の伝達が、各振動腕５３，５４の励振電極３６Ａ，３
６Ｂおよび励振電極３７Ａ，３７Ｂの一部を熱伝導路として行われる。
【００３７】
図２（ｂ）に示す振動腕５３側を例として詳細に説明する。図２（ｂ）は、図２（ａ）
の振動腕５３が振動腕５４と離反する向きに屈曲したときのｂ−ｂ線断面をしめしたもの
であり、図２（ａ）における第１の領域１１０が圧縮側となり且つ反対側の第２の領域１
１１が伸張側となる場合を例示している。図中、温度上昇は＋の符号で、温度下降は−の
符号でそれぞれ示す。圧縮側の部分は温度が上昇し、伸張側の部分は温度が下降する。こ
の温度勾配によって、熱が圧縮側（＋）の部分から振動腕５３の熱伝導路５６，６６の部
分を通って伸張側（−）へと伝達される。
【００３８】
本実施形態では、圧縮側（＋）の部分と伸張側（−）間の熱伝達経路に、水晶５１より
も格段に高い熱伝導率を有する金を埋め込み部材５６ｂ，６６ｂとして用いた熱伝導路５
６，６６が設けられている。これにより、圧縮側（＋）の部分と伸張側（−）間の熱伝達
が熱伝導路５６，６６を介して効率的に行われ、圧縮側（＋）と伸張側（−）との間で温
度が平衡状態となるまでの緩和時間τ1が、熱伝導路５６，６６が設けられていない従来
の音叉型水晶振動片の緩和時間τ0よりも短縮される。すなわち、本実施形態の音叉型水
晶振動片５０の熱緩和周波数ｆ20＝１／（２πτ1）において、τ1＜τ0であるから、従
来構造の音叉型水晶振動片の熱緩和周波数ｆ0＝１／（２πτ0）よりも本実施形態の熱緩
和周波数ｆ20の方が熱緩和周波数が高くなる。
【００３９】
これを、図８の振動腕の機械的な振動周波数（共振周波数）とＱ値との関係でみると、
曲線Ｆ自体の形状は変わらないことから、熱緩和周波数の上昇に伴って、曲線Ｆが曲線Ｆ
２の位置まで周波数の上昇方向（紙面上右方向）にシフトしたことになる。したがって、
振動腕の機械的な振動周波数（共振周波数）をｆｒとしたときにｆｒが熱緩和周波数ｆ0
以下となる範囲、即ち１≧ｆr／ｆ0を満たす範囲では、曲線Ｆ２におけるＱ値は常に従来
構造の音叉型水晶振動片の曲線Ｆよりも高くなる。加えて、曲線Ｆ２における、曲線Ｆと
曲線Ｆ２の交点の周波数より低い周波数帯、即ち１＞ｆｒ／（ｆ0＋（ｆ20−ｆ0）／３）
を満たす範囲においても、従来構造の音叉型水晶振動片の曲線ＦにおけるＱ値より高くな
る。このように、本実施形態の音叉型水晶振動片５０は、各振動腕５３，５４それぞれの
第１の領域１１０，１１２と第２の領域１１１，１１３との間に熱伝導路５６，６６を設
けていることにより、Ｑ値を改善して高性能化を実現することができる。
【００４０】
また、本実施形態では、各振動腕５３，５４の基部５２との付け根部近傍において、各
振動腕５３，５４の屈曲振動方向と平行な両主面側に開口した溝５６ａ，５７ａ，６６ａ
，６７ａを設け、その溝５６ａ，５７ａ，６６ａ，６７ａに埋め込み部材５６ｂ，５７ｂ
，６６ｂ，６７ｂを埋設することにより熱伝導路５６，５７，６６，６７を形成した。こ
のような各振動腕５３，５４の基部５２との付け根近傍に設けられた溝５６ａ，５７ａ，
６６ａ，６７ａは、振動腕５３，５４の振動が垂直方向の成分をも含む場合に、振動が基
部５２から漏れるのを緩和することによって、上記熱伝導路５６，５７，６６，６７によ
るＱ値の改善効果とともに、熱伝導路振動エネルギーの閉込効果を高めてＣＩ値を抑制し
、且つ音叉型水晶振動片間でのＣＩ値のばらつきを防止する効果を奏する。
また、各振動腕５３，５４の両主面の溝５６ａ，５７ａ，６６ａ，６７ａの開口部はそ
れぞれ一つずつなので開口部を大きくすることができるため、音叉型水晶振動片５０の小
型化が進んでも比較的加工しやすい。
また、本実施形態の熱伝導路５６，５７，６６，６７の溝５６ａ，５７ａ，６６ａ，６
７ａは有底の溝であるので、例えば、溝５６ａ，５７ａ，６６ａ，６７ａの金などの埋め
込み部材を溶融させて流し込んでから固化させる方法などにより、熱伝導路５６，５７，
６６，６７を比較的容易に形成することができる。
【００４１】
（第２の実施形態）
上記第１の実施形態では、各振動腕５３，５４の両主面にそれぞれ開口した溝５６ａ，
５７ａ，６６ａ，６７ａと、その溝５６ａ，５７ａ，６６ａ，６７ａに埋め込み部材５６
ｂ，５７ｂ，６６ｂ，６７ｂとからなる熱伝導路５６，５７，６６，６７を形成した。す
なわち、振動腕５３の第１の領域１１０と第２の領域１１１との間の熱伝導経路には、一
対の熱伝導路５６，６６、振動腕５４の第１の領域１１２と第２の領域１１３との間の熱
伝導経路には一対の熱伝導路５７，６７が介在する構成とした。これに限らず、各振動腕
（屈曲振動体）ごとの第１の領域と第２の領域との間に、複数の熱伝導路を介在させた構
成としてもよい。
図４は、屈曲振動体の第１の領域と第２の領域との間に二つの熱伝導路を設けた音叉型
水晶振動片を模式的に説明するものであり、（ａ）は一主面側の平面図、（ｂ）は（ａ）
のｃ−ｃ線断面図である。なお、図４において、上記第１の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。
【００４２】
図４（ａ）に示す本第２の実施形態の音叉型水晶振動片１５０において、振動腕５３の
基部５２との付け根近傍を含む領域には、振動腕５３の一方の主面側に開口部を有し長手
方向に沿って設けられた直線状の有底の溝１５６ａ、および振動腕５３の他方の主面側に
開口部を有し前記溝１５６ａと平行に並設された直線状の有底の溝１６６ａと、それら各
溝１５６ａ，１６６ａに埋設された金などの熱伝導率の高い材料からなる埋め込み部材１
５６ｂ，１６６ｂとからなる熱伝導路１５６，１６６が形成されている（図４（ｂ）を併
せて参照）。
【００４３】
同様に、振動腕５４の基部５２との付け根近傍を含む領域には、振動腕５４の一方の主
面側に開口部を有し長手方向に沿って設けられた直線状の有底の溝１５７ａ、および振動
腕５４の他方の主面側に開口部を有し前記溝１５７ａと平行に並設された直線状の有底の
溝１６７ａと、それら各溝１５７ａ，１６７ａに埋設された埋め込み部材１５７ｂ，１６
７ｂとからなる熱伝導路１５７，１６７が形成されている。
【００４４】
この構成によれば、上記第１の実施形態の音叉型水晶振動片５０の各振動腕５３，５４
の第１の領域１１０，１１２と第２の領域１１１，１１３（図２（ａ）を参照）との間の
熱伝導経路が、熱伝導路５６，６６，５７，６７の他に屈曲振動体材料としての水晶５１
（例えば振動腕５３について説明する図２（ｂ）を参照）部分を含んでいるのに対して、
各振動腕５３，５４それぞれの第１の領域と第２の領域との間の熱伝導経路の全域に渡っ
て、熱伝導が熱伝導路１５６，１６６，１５７，１６７を直線的に通過して行われる構成
とすることができる。したがって、各振動腕の第１の領域と第２の領域との熱緩和に際し
ての熱伝導効率をさらに向上させることができるので、Ｑ値の低下をより効果的に抑える
ことができる。
【００４５】
上記実施形態で説明した屈曲振動片としての音叉型水晶振動片は、以下の変形例として
実施することも可能である。
【００４６】
（変形例１）
上記第２の実施形態の音叉型水晶振動片１５０では、各振動腕５３，５４ごとに二つず
つの熱伝導路１５６，１６６および熱伝導路１５７，１６７を設ける構成とした。これに
限らず、熱伝導路は三つ以上を並設する構成としてもよい。
図５は、変形例１の音叉型水晶振動片を模式的に説明するものであり、図５（ａ）は一
主面側の平面図、（ｂ）は（ａ）のｄ−ｄ線断面図である。
【００４７】
図５（ａ）に示す本変形例の音叉型水晶振動片２５０において、振動腕５３の基部５２
との付け根近傍を含む領域には、振動腕５３の一方の主面側に開口部を有し長手方向に沿
って平行に設けられた二つの直線状の有底の溝２５６ａ，２７６ａと、それらの溝２５６
ａ，２７６ａに埋設された金などの熱伝導率の高い材料からなる埋め込み部材２５６ｂ，
２７６ｂとからなる熱伝導路２５６，２７６が形成されている、また、二つの熱伝導路２
５６および２５７の間には、振動腕５３の他方の主面側に開口部を有し前記溝２５６ａ，
２７６ａと平行に設けられた直線状の有底の溝２６６ａと、その溝２６６ａに埋設された
埋め込み部材２６６ｂとからなる熱伝導路２６６が形成されている（図５（ｂ）を併せて
参照）。
【００４８】
同様に、振動腕５４の基部５２との付け根近傍を含む領域には、振動腕５４の一方の主
面側に開口部を有し長手方向に沿って平行に設けられた二つの直線状の有底の溝２５７ａ
，２７７ａと、それらの溝２５７ａ，２７７ａに埋設された埋め込み部材２５７ｂ，２７
７ｂとからなる熱伝導路２５７，２７７が形成されている、また、二つの熱伝導路２５７
および２７７の間には、振動腕５４の他方の主面側に開口部を有し前記溝２５７ａ，２７
７ａと平行に設けられた直線状の有底の溝２６７ａと、その溝２６７ａに埋設された埋め
込み部材２６７ｂとからなる熱伝導路２６７が形成されている。
【００４９】
この構成によれば、各振動腕５３，５４それぞれの第１の領域と第２の領域との間の熱
伝導経路の全域において、熱伝導が熱伝導路２５６，２６６，２７６または熱伝導路２５
７，２６７，２７７を直線的通過して行われ、各振動腕の第１の領域と第２の領域との熱
緩和に際しての熱伝導効率がさらに向上するので、Ｑ値の低下をより効果的に抑えること
ができる。
【００５０】
（変形例２）
上記実施形態および変形例１では、振動腕５３，５４の基部５２との付け根近傍に設け
る熱伝導路を、有底の溝に埋め込み部材を埋設することにより形成した。これに限らず、
熱伝導路を、貫通孔に埋め込み部材を埋設することにより形成してもよい。
図６は、変形例２の音叉型水晶振動片を模式的に説明するものであり、図６（ａ）は一
主面側の平面図、（ｂ）は（ａ）のｅ−ｅ線断面図である。
【００５１】
図６（ａ）に示す本変形例の音叉型水晶振動片３５０において、振動腕５３の基部５２
との付け根近傍を含む領域には、振動腕５３の一方の主面から他方の主面に向けて長手方
向に沿って貫設された直線状の貫通孔３５６ａと、その貫通孔３５６ａに埋設された金な
どの熱伝導率の高い材料からなる埋め込み部材３５６ｂとからなる熱伝導路３５６が形成
されている（図６（ｂ）を併せて参照）。
【００５２】
同様に、振動腕５４の基部５２との付け根近傍を含む領域には、振動腕５４の一方の主
面から他方の主面に向けて長手方向に沿って貫設された直線状の貫通孔３５７ａと、その
貫通孔３５７ａに埋設された金などの熱伝導率の高い材料からなる埋め込み部材３５７ｂ
とからなる熱伝導路３５７が形成されている。
【００５３】
この構成では、各熱伝導路３５６，３５７の貫通孔３５６ａ，３５７ａを形成する際に
、両主面側の双方向からウェットエッチングを施す方法や、貫通孔３５６ａ，３５７ａの
深さ方向に直線的にエッチングを進める反応性イオンエッチング法などの異方性エッチン
グを行うことなどにより、貫通孔３５６ａ，３５７ａの断面形状を対称形状に加工するこ
とができる。この構成によれば、各振動腕５３，５４の第１の領域と第２の領域との間に
、金などの熱伝導性の高い材料からなる埋め込み部材３５６ｂ，３５７ｂを備えた熱伝導
路３５６，３５７を大きく設けることができる。したがって、屈曲振動に伴って生じる各
振動腕５３，５４の第１の領域と第２の領域との温度差を緩和する熱緩和に際して、熱伝
導効率を向上させることによって、Ｑ値の低下をより効果的に抑えることができる。
【００５４】
〔発振器〕
上記第１の実施形態および変形例で説明した屈曲振動片としての音叉型水晶振動片５０
，１５０，２５０，３５０は、圧電デバイスや、圧電デバイス以外の様々な電子部品に適
用することができる。特に、上記パッケージ内に上記の音叉型水晶振動片５０，１５０，
２５０，３５０のうちいずれかの屈曲振動片とともに、その屈曲振動片を発振させる発振
回路素子が少なくとも組み込まれて構成された発振器は、Ｑ値が改善されて高性能化が実
現されるとともに小型化を図ることができる。
【００５５】
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。
【００５６】
例えば、上記実施形態および変形例では、屈曲振動片としての音叉型水晶振動片５０，
１５０，２５０，３５０について説明した。これに限らず、本発明の屈曲振動片は、短冊
状の所謂ビーム型の屈曲振動片でもよく、また、三つ以上の振動腕を有する屈曲振動片で
あっても、上記した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。
【００５７】
また、上記実施形態および変形例では、屈曲振動片の一例として、水晶からなる音叉型
水晶振動片５０，１５０，２５０，３５０について説明したが、水晶以外の圧電基板から
なる屈曲振動片であってもよい。
また、屈曲振動片の基材は圧電材料からなる圧電基板に限らない。圧電基板を用いた圧
電駆動型のもの以外に、静電気力を用いた静電駆動型や、磁気を用いた磁気駆動型の屈曲
振動片においても、本発明の構成およびその効果を発揮させることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１，５０，１５０，２５０，３５０…屈曲振動片としての音叉型水晶振動片、２，５２
…基部、３，４，５３，５４…振動腕、６，７…孔、１０，１２，１１０，１１２…第１
の領域、１１，１３，１１１，１１３…第２の領域、３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，３７Ｂ…
励振電極、５１…屈曲振動体材料としての水晶、５６，５７，６６，６７，１５６，１５
７，１６６，１６７，２５６，２５７，２６６，２６７，２７６，２７７，３５６，３５
７…熱伝導路、５６ａ，５７ａ，６６ａ，６７ａ，１５６ａ，１５７ａ，１６６ａ，１６
７ａ，２５６ａ，２５７ａ，２６６ａ，２６７ａ，２７６ａ，２７７ａ…溝、５６ｂ，５
７ｂ，６６ｂ，６７ｂ，１５６ｂ，１５７ｂ，１６６ｂ，１６７ｂ，２５６ｂ，２５７ｂ
，２６６ｂ，２６７ｂ，２７６ｂ，２７７ｂ，３５６ｂ，３５７ｂ…埋め込み部材、３５
６ａ，３５７ａ…貫通孔。
【図１】
2010226608.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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