(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。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の振動方向（矢印Ｇ）と直交する両側面に貫通する貫通孔５６ａ，５７ａと、その貫通孔５６ａ，５７ａに埋設された埋め込み部材５６ｂ，５７ｂとからなる熱伝導路５６，５７が形成されている。ここで、各振動腕５３，５４ごとの熱伝導路の数をｍ、熱伝導路の熱抵抗率をρth、振動腕５３，５４（水晶）の熱抵抗率をρV、振動腕５３，５４の振動方向と直交する方向の厚みをｔv、熱伝導路の振動腕５３，５４の振動方向と直交する方向の厚みをｔthとしたときに、ｔth≧（１／ｍ）×ｔv×（ρth／ρv）の関係を満たしている。【選択図】図１
2010226610.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、
前記屈曲振動体の振動方向と直交する側面の前記第１の領域および前記第２の領域の近
傍に開口部を有する溝と、該溝内に埋設される前記屈曲振動体よりも低い熱抵抗率を有す
る埋め込み部材とからなる熱伝導路が設けられた屈曲振動片であって、
前記熱伝導路の数をｍ、前記熱伝導路の熱抵抗率をρth、前記屈曲振動体の熱抵抗率を
ρV、前記屈曲振動体の振動方向と直交する方向の厚みをｔv、前記熱伝導路の前記屈曲振
動体の振動方向と直交する方向の厚みをｔthとしたときに、ｔth≧（１／ｍ）×ｔv×（
ρth／ρv）の関係を満たす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、
前記埋め込み部材の熱抵抗率が金（Ａｕ）の熱抵抗率よりも低い材料からなることを特
徴とする屈曲振動片。
【請求項３】
請求項１または２に記載の屈曲振動片において、
前記溝が、前記第１の領域側の前記側面の開口部と前記第２の領域側の前記側面の開口
部とを連通する貫通孔であることを特徴とする屈曲振動片。
【請求項４】
請求項１または２に記載の屈曲振動片において、
前記溝が、前記第１の領域側の前記側面および前記第２の領域側の前記側面にそれぞれ
開口部を有して対をなす有底の溝であ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７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６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７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、前記屈曲振動体の振動方向と直交する側面の前記第１の領域
および前記第２の領域の近傍に開口部を有する溝と、該溝内に埋設される前記屈曲振動体
よりも低い熱抵抗率を有する埋め込み部材とからなる熱伝導路が設けられた屈曲振動片で
あって、前記熱伝導路の数をｍ、前記熱伝導路の熱抵抗率をρth、前記屈曲振動体の熱抵
抗率をρV、前記屈曲振動体の振動方向と直交する方向の厚みをｔv、前記熱伝導路の前記
屈曲振動体の振動方向と直交する方向の厚みをｔthとしたときに、ｔth≧（１／ｍ）×ｔ
v×（ρth／ρv）の関係を満たすことを特徴とする。
【００１４】
上記構成のように、屈曲振動体と熱伝導路とが有する熱抵抗率の比、および、第１の領
域から第２の領域の間に設ける熱伝導路の数に応じて厚みを設定した熱伝導路を設けるこ
とにより、第１の領域と第２の領域との間の熱伝導が熱伝導路を介して効率的に行われる
ようになることを本願発明者は見出した。これにより、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値の低下が抑えられた屈曲
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、前記埋め込み部材の熱抵抗率が
金（Ａｕ）の熱抵抗率よりも低い材料からなることを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、熱緩和時間の短縮によるＱ値の改善効果が実用レベルで認識できる
顕著な効果を奏することを本願発明者は見出した。
【００１７】
〔適用例３〕上記適用例にかかる屈曲振動片において、前記溝が、前記第１の領域側の
前記側面の開口部と前記第２の領域側の前記側面の開口部とを連通する貫通孔であること
を特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、第１の領域と第２の領域とが、屈曲振動体よりも熱抵抗率の低い材
料からなる埋め込み部材が埋設された熱伝導路で熱的に接続されるので、より効果的に熱
緩和時間を短縮してＱ値の改善をはかることができる。
【００１９】
〔適用例４〕上記適用例にかかる屈曲振動片において、前記溝が、前記第１の領域側の
前記側面および前記第２の領域側の前記側面にそれぞれ開口部を有して対をなす有底の溝
であることを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、屈曲振動体の両側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、エッチング形状が揃った一
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。
【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】第１の実施形態の音叉型水晶振動片の振動腕と基部との付け根部を模式的に示す部分拡大図。
【図３】熱伝導路の埋め込み部材に適用可能な材料の例およびその熱抵抗率を表す説明図。
【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平面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図５】音叉型水晶振動片の変形例を模式的に説明する断面図。
【図６】従来の音叉型水晶振動片の典型例を示す平面図。
【図７】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および図２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、図１（ａ）は一方の主面側の平面図、（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ
線断面図、また、図２は、図１（ａ）の音叉型水晶振動片の振動腕と基部との付け根部を
模式的に示す部分拡大図である。
【００２６】
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。
また、音叉型水晶振動片５０の音叉型の外形は、例えば水晶ウエハなどの水晶基板材料
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。
【００２７】
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
くできるために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。
【００２８】
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６６，６７が設けられている。これらの外部接続電極６６，６
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。
【００２９】
これと同様に、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がそれぞれ設けられ
ている（図１（ｂ）を参照）。また、励振電極３６Ｂ，３７Ｂは、それぞれ対応する励振
電極３６Ａ，３７Ａや外部接続電極６６，６７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。
【００３０】
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。
【００３１】
また、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、各振動腕５３，５４の基部５２との
付け根近傍には、図中矢印Ｇで示す振動腕５３，５４の振動方向と直交する面（側面）同
士を熱的に接続する熱伝導路５６，５７が設けられている。
詳述すると、図１（ｂ）に示すように、振動腕５３には、この振動腕５３の振動方向（
図１（ａ）の矢印Ｇ）と直交する一方の側面から他方の側面に向けて貫設された直線状の
貫通孔５６ａと、その貫通孔５６ａに埋設された少なくとも屈曲振動体形成材料である水
晶よりも低い熱抵抗率を有する材料からなる埋め込み部材５６ｂとからなる熱伝導路５６
が形成されている。
同様に、振動腕５４には、この振動腕５４の振動方向（図１（ａ）の矢印Ｇ）と直交す
る一方の側面から他方の側面に向けて貫設された直線状の貫通孔５７ａと、その貫通孔５
７ａに埋設された少なくとも屈曲振動体形成材料である水晶よりも低い熱抵抗率を有する
材料からなる埋め込み部材５７ｂとからなる熱伝導路５７が形成されている。
なお、本実施形態では、埋め込み部材５６ｂ，５７ｂに金（Ａｕ）を用いている。
【００３２】
上記構成において、各熱伝導路５６，５７の貫通孔５６ａ，５７ａ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５６ａ，５７ａの深さ方向
に直線的にエッチングを進めることが可能な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５６ａ，５７ａの断面形状をバランスのよい対称形
状に加工することができる。これにより、各振動腕５３，５４ごとの熱伝導路５６，５７
による後述する熱伝導を安定して行うことを可能とし、音叉型水晶振動片５０のＱ値の安
定化に効果を奏する。
【００３３】
ここで、本実施形態の音叉型水晶振動片５０の構成において特に要部となる熱伝導路に
ついて、構成および動作時の作用について詳細に説明する。
まず、熱伝導路５６，５７の埋め込み部材５６ｂ，５７ｂとしても用いる材料としては
、少なくとも屈曲振動体材料である水晶よりも熱抵抗率が低い材料であって、なるべく低
い熱抵抗率の材料が用いられる。また、熱抵抗率の他に、入手が比較的容易で低コストで
あることや、製造容易性などを勘案して選定する。例えば、図３に、埋め込み部材５６ｂ
，５７ｂに適用可能な材料の例を示す。この図３の材料の中でも、より熱抵抗率の低い材
料を用いることが、熱伝導路５６，５７の厚みを薄くできるので好ましい。
【００３４】
本願発明者は、上記構成の音叉型水晶振動片５０において、屈曲振動体の熱伝導路の数
をｍ、熱伝導路の熱抵抗率をρth、屈曲振動体の熱抵抗率をρv、屈曲振動体の振動方向
と直交する方向の厚みをｔｖ、熱伝導路の屈曲振動体の振動方向と直交する方向の厚みを
ｔthとしたときに、ｔth≧（１／ｍ）×ｔv×（ρth／ρv）の関係を満たすことにより、
後述するＱ値の低下の抑制効果を奏することを見出した。
本実施形態において、熱伝導路の数ｍとは、図２に示す屈曲振動体としての各振動腕５
３，５４ごとの第１の領域１１０，１１２と第２の領域１１１，１１３とを熱的に接続す
る熱伝導路５６，５７の数を指し、各振動腕ごと一つ（ｍ＝１）となる。ここで、第１の
領域１１０，１１２とは、振動腕５３，５４が矢印Ｇで示す振動方向に振動したときに圧
縮応力または引張応力が作用する領域であり、第２の領域１１１，１１３とは、第１の領
域１１０，１１２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１１０，１１
２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領域を指す。
また、厚みｔthは、図１（ｂ）の熱伝導路５６，５７の厚みｔ1（ｔth＝ｔ1）になる。
【００３５】
例えば、本実施形態の音叉型水晶振動片５０において、屈曲振動体としての水晶基板に
Ｚカット水晶（熱抵抗率ρv＝０．１６１３ｍＫ／Ｗ）を用いて、且つ、各振動腕５３，
５４の振動方向と直交する方向の厚みｔvを１００μｍとして、さらに、埋め込み部材５
６ｂ，５７ｂとして、図３に示す材料のうち金（Ａｕ、熱抵抗率ρth＝０．００３２ｍＫ
／Ｗ）を用いて熱伝導路５６，５７を形成する場合、Ｑ値の低下を抑制する効果を奏する
熱伝導路５６，５７の厚みｔ1は、上記の式ｔth≧（１／ｍ）×ｔv×（ρth／ρv）の関
係を満たせばよいので、熱伝導路５６，５７の厚みｔ1をそれぞれ２μｍ以上とすればよ
い。
【００３６】
なお、埋め込み部材５６ｂ，５７ｂに用いる材料として、図３に示す材料のうち、金の
熱抵抗率よりも低い熱低効率を有する材料を用いることにより、熱伝導路５６，５７によ
る音叉型水晶振動片５０のＱ値の改善効果が実用レベルで認識できる特に顕著な効果を奏
することを本願発明者は見出した。
【００３７】
以下、本実施形態の音叉型水晶振動片５０動作時の熱伝導路５６，５７の作用について
詳細に説明する。
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。
【００３８】
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。すな
わち、図２に示すように、振動腕５３の第１の領域１１０および第２の領域１１１に圧縮
応力または引張応力が発生し、これと同様に、振動腕５４の第１の領域１１２および第２
の領域１１３にも圧縮応力または引張応力とが発生し、それに伴って、第１の領域１１０
，１１２および第２の領域１１１，１１３には温度の上昇または下降が生じる。
【００３９】
具体的には、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５３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。
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。
【００４０】
このようにして生じる温度勾配によって、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の第
１の領域１１０，１１２と第２の領域１１１，１１３とを熱的に接続する熱伝導路５６，
５７を介して直接的に行われる。
このとき、各熱伝導路５６，５７の埋め込み部材５６ｂ，５７ｂには、少なくとも屈曲
振動体としての水晶よりも熱抵抗率が低い材料により構成され、且つ、各振動腕５３，５
４の振動方向と直交する方向の厚みｔth（図１においてｔ1）が、上記したようにｔth≧
（１／ｍ）×ｔv×（ρth／ρv）の関係を満たすように調整されている。これにより、屈
曲振動片が第１の領域と第２の領域との熱伝導経路となる従来構造の場合よりも圧縮側か
ら伸張側への熱伝導時間が速くなる。すなわち、振動腕５３，５４が屈曲振動したときの
第１の領域１１０，１１２と第２の領域１１１，１１３との間で温度が平衡状態になるま
での緩和時間τ1が、熱伝導路５６，５７の埋め込みを行っていない従来構造の緩和時間
τ0よりも短くなる。これにより、本実施形態の音叉型水晶振動片５０の熱緩和周波数ｆ2
0＝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。
【００４１】
これを、図７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とした場合に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とを熱的に接続する熱伝導路（各
励振電極３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，３７Ｂの一部）が低い熱抵抗率を有して、且つ、厚み
を管理して設けられていることにより、Ｑ値を改善して高性能化を実現することができる
。
なお、このとき、熱伝導路５６，５７の埋め込み部材５６ｂ，５７ｂとして、図３に示
す材料のうち、金（Ａｕ）よりも熱抵抗率が低い材料を用いることにより、熱伝導路５６
，５７による音叉型水晶振動片５０のＱ値の改善効果が実用レベルで認識できる特に顕著
な効果を奏する。
【００４２】
（第２の実施形態）
上記第１の実施形態では、貫通孔５６ａ，５７ａに埋め込み部材５６ｂ，５７ｂを埋設
して熱伝導路５６，５７を形成した。これに限らず、有底の溝に埋め込み部材を埋設して
熱伝導路を形成してもよい。
図４は、有底の溝に埋め込み部材を埋設して熱伝導路を形成し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Ｂ−Ｂ線断面
図である。なお、本第２の実施形態の音叉型水晶振動片を示す図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。
【００４３】
図４（ａ）に示す本第２の実施形態の音叉型水晶振動片２５０において、振動腕５３の
基部５２との付け根近傍には、振動腕５３の振動方向（矢印Ｇ）と直交する一方の側面に
開口部を有する有底の溝２５６Ａａ、および、他方の側面に開口部を有する有底の溝２５
６Ｂａと、各溝２５６Ａａ，２５６Ｂａに埋設された少なくとも屈曲振動体としての水晶
よりも熱抵抗率の低い埋め込み部材２５６Ａｂ，２５６Ｂｂとからなる熱伝導路２５６が
形成されている。
同様に、振動腕５４の基部５２との付け根近傍には、振動腕５４の振動方向（矢印Ｇ）
と直交する一方の側面に開口部を有する有底の溝２５７Ａａ、および、他方の側面に開口
部を有する有底の溝２５７Ｂａと、各溝２５７Ａａ，２５７Ｂａに埋設された少なくとも
水晶よりも熱抵抗率の低い埋め込み部材２５７Ａｂ，２５７Ｂｂとからなる熱伝導路２５
７が形成されている。
【００４４】
上記第１の実施形態と同様に、本第２の実施形態の音叉型水晶振動片２５０では、熱伝
導路２５６Ａ，２５６Ｂおよび熱伝導路２５７Ａ，２５７Ｂの各振動腕５３，５４の振動
方向と直交する方向の厚みｔth（図４においてｔ4）が、ｔth≧（１／ｍ）×ｔv×（ρth
／ρv）の関係を満たすように調整されている。ここで、本第２の実施形態における熱伝
導路の数ｍは、各振動腕５３，５４の上記第１の領域と第２の領域との間の熱伝導路を指
すので、上記第１の実施形態と同じくｍ＝１になる。
なお、各振動腕５３，５４において、上記第１の領域と上記第２の領域との延長線上に
連ねて配設される２つずつの熱伝導路２５６Ａ，２５６Ｂおよび熱伝導路２５７Ａ，２５
７Ｂは、熱伝導効率をよくするために間隙をなるべく小さくして配置されることが望まし
い。
【００４５】
上記第２の実施形態によれば、各振動腕５３，５４の振動方向と直交する両側面側に開
口部をそれぞれ有する各振動腕ごとに一対ずつの熱伝導路２５６Ａ，２５６Ｂまたは熱伝
導路２５７Ａ，２５７Ｂの溝２５６Ａａ，２５６Ｂａまたは溝２５７Ａａ，２５７Ｂａは
、それぞれの開口部の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２５６Ａａ，２５６Ｂａおよび溝２５７Ａａ，２５７Ｂａが得られる。これにより、
各振動腕５３，５４ごとの熱伝導路２５６Ａ，２５６Ｂおよび熱伝導路２５７Ａ，２５７
Ｂによ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２５０のＱ値の安定
化に効果を奏する。
また、熱伝導路２５６Ａ，２５６Ｂまたは熱伝導路２５７Ａ，２５７Ｂの溝２５６Ａａ
，２５６Ｂａまたは溝２５７Ａａ，２５７Ｂａが有底の溝であることから、例えば、埋め
込み部材２５６Ａｂ，２５６Ｂｂおよび埋め込み部材２５７Ａｂ，２５７Ｂｂの材料とし
て金などの金属を用いるとき、これを溶融させて溝に流し込んでから固化させることによ
り、比較的容易に熱伝導路を形成することができる。
【００４６】
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。
【００４７】
（変形例）
上記実施形態で、屈曲振動体としての各振動腕５３，５４ごとに一つの熱伝導路（ｍ＝
１）を設ける構成とした。その変形例として、屈曲振動体ごとに複数の熱伝導路を設けた
構成の屈曲振動片について説明する。
図５は、一つの屈曲振動体あたり複数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、図１のＡ−Ａ線断面もしくは図４のＢ−Ｂ線断面と同じ断面を示す
断面図である。なお、本変形例の音叉型水晶振動片を示す図５において、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。
【００４８】
図５に示す本変形例の音叉型水晶振動片１５０において、各振動腕５３，５４の基部５
２との付け根近傍には、振動腕５３，５４の振動方向（紙面左右方向）と直交する面（側
面）同士を熱的に接続する熱伝導路が、各振動腕ごとに２つずつ設けられている。
【００４９】
詳述すると、振動腕５３には、この振動腕５３の振動方向と直交する一方の側面から他
方の側面に向けて平行に貫設された２つの直線状の貫通孔１５６Ａａ，１５６Ｂａと、そ
れらの貫通孔１５６Ａａ，１５６Ｂａに埋設された少なくとも屈曲振動体形成材料である
水晶よりも低い熱抵抗率を有する材料からなる埋め込み部材１５６Ａｂ，１５６Ｂｂとか
らなる熱伝導路１５６Ａ，１５６Ｂが形成されている。
なお、振動腕５３の熱伝導路１５６Ａの振動腕５３の振動方向と直交する方向の厚みを
ｔ２、熱伝導路１５６Ｂの振動腕の振動方向と直交する方向の厚みをｔ３とし、本変形例
ではｔ２＝ｔ３となっている。
【００５０】
同様に、振動腕５４には、この振動腕５４の振動方向と直交する一方の側面から他方の
側面に向けて平行に貫設された２つの直線状の貫通孔１５７Ａａ，１５７Ｂａと、それら
の貫通孔１５７Ａａ，１５７Ｂａに埋設された少なくとも屈曲振動体形成材料である水晶
よりも低い熱抵抗率を有する材料からなる埋め込み部材１５７Ａｂ，１５７Ｂｂとからな
る熱伝導路１５７Ａ，１５７Ｂが形成されている。
なお、上記振動腕５３と同じく、振動腕５４の熱伝導路１５７Ａの振動腕５３の振動方
向と直交する方向の厚みはｔ2、熱伝導路１５７Ｂの振動腕の振動方向と直交する方向の
厚みはｔ3であり、また、ｔ2＝ｔ3となっている。
【００５１】
上記実施形態と同様に、本変形例の音叉型水晶振動片１５０では、振動腕５３の熱伝導
路１５６Ａ，１５６Ｂ、および振動腕５４の熱伝導路１５７Ａ，１５７Ｂの各振動腕５３
，５４の振動方向と直交する方向の厚みｔth（図５においてｔ2，ｔ3）が、ｔth≧（１／
ｍ）×ｔv×（ρth／ρv）の関係を満たすように調整される。ここで、本変形例の音叉型
水晶振動片１５０における各振動腕５３，５４ごとの熱伝導路の数ｍはｍ＝２になる。し
たがって、上記第１の実施形態と同じく、屈曲振動体としての水晶基板にＺカット水晶を
用いて、且つ、各振動腕５３，５４の振動方向と直交する方向の厚みｔvを１００μｍと
して、さらに、埋め込み部材１５６Ａｂ，１５６Ｂｂ，１５７Ａｂ，１５７Ｂｂとして金
を用いて熱伝導路１５６Ａ，１５６Ｂ、１５７Ａ，１５７Ｂを形成した場合、Ｑ値の低下
を抑制する効果を奏する熱伝導路１５６Ａ，１５６Ｂの厚みｔ2、および、熱伝導路１５
７Ａ，１５７Ｂの厚みｔ3は、上記の式ｔth≧（１／ｍ）×ｔv×（ρth／ρv）の関係、
およびｔ2＝ｔ3により、ｔ2およびｔ3をそれぞれ１μｍ以上とすればよい。
【００５２】
〔発振器〕
上記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５０，１５
０，２５０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。
【００５３】
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。
【００５４】
例えば、上記実施形態および変形例の音叉型水晶振動片５０，１５０，２５０では、屈
曲振動片としての音叉型水晶振動片５０，１５０，２５０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。
【００５５】
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】
【００５６】
１，５０，１５０，２５０…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
、５６，５７，１５６Ａ，１５６Ｂ，１５７Ａ，１５７Ｂ，２５６Ａ，２５６Ｂ，２５７
Ａ，２５７Ｂ…熱伝導路、５６ａ，５７ａ，１５６Ａａ，１５６Ｂａ，１５７Ａａ，１５
７Ｂａ…溝としての貫通孔、２５６Ａａ，２５６Ｂａ，２５７Ａａ，２５７Ｂａ…有底の
溝、５６ｂ，５７ｂ，１５６Ａｂ，１５６Ｂｂ，１５７Ａｂ，１５７Ｂｂ，２５６Ａｂ，
２５６Ｂｂ，２５７Ａｂ，２５７Ｂｂ…埋め込み部材、６６，６７…外部接続電極。
【図１】
2010226610.tif 000003
【図２】
2010226610.tif 000004
【図３】
2010226610.tif 000005
【図４】
2010226610.tif 000006
【図５】
2010226610.tif 000007
【図６】
2010226610.tif 000008
【図７】
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