(57)【要約】【課題】枠体の内側に支持部により複数の振動腕を一体に支持する屈曲振動片において、振動腕の屈曲振動により支持部に生じる熱弾性損失によるＱ値低下を改善する。【解決手段】圧電振動片１１は、矩形の枠体１２の内側を横断して延長しかつ両端を枠体に結合した支持部１３から延出する１対の平行な振動腕１４，１５を備える。支持部の表裏各主面には、有底溝１８又は貫通溝２１が形成される。有底溝の場合には、支持部の振動腕側の部分１９と枠体側の部分２０間の熱伝達経路が見かけ上長く、これら部分間での緩和時間が長くなるので、Ｑ値が極小となる緩和振動数が従来よりも小さくなり、Ｑ値が改善する。貫通溝の場合には、振動腕側の部分と枠体側の部分間の熱伝達経路が短く、各部分の緩和時間が短くなるので、緩和振動数が従来よりも大きくなり、Ｑ値が改善する。【選択図】図１
2010157933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
枠体と、前記枠体の内側を横断して延長しかつ両端を前記枠体に結合した支持部と、前記支持部に支持されて屈曲振動する複数の平行な振動腕とを備える屈曲振動片であって、
前記支持部が、その表裏主面の少なくとも一方に形成した溝を有し、前記溝が、前記支持部の延長方向において、前記支持部の振動腕側とその反対側とで前記振動腕の屈曲振動による圧縮応力と引張応力とが交互に発生する領域に配置されていることを特徴とする屈曲振動片。
【請求項２】
前記溝が、前記支持部の延長方向において、前記各振動腕に接続する位置の間に形成されていることを特徴とする請求項１記載の屈曲振動片。
【請求項３】
前記溝が有底の溝であることを特徴とする請求項１又は２記載の屈曲振動片。
【請求項４】
前記溝が貫通溝であることを特徴とする請求項１又は２記載の屈曲振動片。
【請求項５】
前記１対の振動腕が接続部を介して前記支持部に支持され、かつ前記接続部がその両側部の前記支持部との接続部分近傍に切欠きを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の屈曲振動片。
【請求項６】
前記各振動腕が、その先端に錘部を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の屈曲振動片。
【請求項７】
前記枠体と前記支持部と前記振動腕とが水晶で一体に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載の屈曲振動片。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか記載の屈曲振動片と、ベースと、リッドとを備え、前記屈曲振動片の前記枠体の下面に前記ベースを接合しかつ前記枠体の上面に前記リッドを接合して、その内部に前記屈曲振動片を気密に封止したことを特徴とする電子部品。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか記載の屈曲振動片と、ベースと、リッドとを備え、前記ベースに前記屈曲振動片を前記枠体において支持し、かつ前記リッドを前記ベースに接合して、その内部に前記屈曲振動片を気密に封止したことを特徴とする電子部品。
【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に関し、更に屈曲振動片を用いた振動子や共振子、発振器、ジャイロ、各種センサ等の様々な電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、屈曲振動モードの圧電振動片として、基部から１対の振動腕を平行に延出させかつ水平方向に互いに接近又は離反する向きに振動させる音叉型のものが広く使用されている。この振動腕を屈曲励振させたとき、その振動エネルギに損失が生じると、ＣＩ値の増加やＱ値の低下など、振動子の性能を低下させる原因となる。そこで、かかる振動エネルギの損失を防止又は低減するために、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又は所定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（特許文献１，２を参照）。この水晶振動片は、振動腕の振動が垂直方向の成分をも含む場合に、振動が基部から漏れるのを切込み部又は切込み溝により緩和することによって、振動エネルギの閉込効果を高めてＣＩ値を抑制し、かつ振動片間でのＣＩ値のばらつきを防止している。
【０００４】
かかる機械的損失だけでなく、振動エネルギの損失は、屈曲振動する振動腕の圧縮部と引張応力を受ける伸張部との間で発生する温度差による熱伝導によっても発生する。この熱伝導によって生じるＱ値の低下は、熱弾性損失効果と呼ばれている。熱弾性損失効果によるＱ値低下を防止又は抑制するために、矩形断面を有する振動腕（振動梁）の中心線上に溝又は孔を形成した音叉型の振動子が知られている（例えば、特許文献３を参照）。
【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みと応力との関係式から、熱弾性効果は、屈曲振動モードの振動子において、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となる周波数が緩和周波数ｆ０（＝１／２πτ）である。
【０００６】
また、２本の振動腕を有する音叉型の発振片とその外側を囲む矩形の保持枠とを、該発振片の基部に設けた結合部により一体に構成した水晶振動子が知られている（例えば、特許文献４を参照）。このような構造の水晶振動子は、保持枠を上下から平板状のカバーで挟み込むことにより封止される。更に、振動子と矩形の支持枠とを、該振動子の基部の側面に設けた弾性部材で接続することにより、振動腕の振動エネルギが基部から外部に漏れるのを抑制した音叉型圧電振動子が提案されている（例えば、特許文献５を参照）。
【０００７】
また、矩形の枠体の内側に、該枠体と一体に形成した基部と該基部から延長する１対の振動腕とからなる振動片本体を有し、基部の振動腕基端付近に第１の切込みを設け、基部の枠部との接続個所に第２の切込みを設けた圧電振動片が知られている（例えば、特許文献６を参照）。この圧電振動片は、第１の切込みによって、振動腕から基部への振動漏れを抑制し、第２の切込みによって、外部から枠部への衝撃が基部から振動片本体に伝わるのを抑制して、ＣＩ値等の性能低下を防止する。
【０００８】
屈曲振動振動モードで振動する振動片には、上述し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ものがある。静電駆動型のものとして、シリコン材料の基板に方形枠部からなる第１の振動体を、第１の支持梁によりＸ軸方向に振動可能に支持し、第１の振動体の枠部内に方形平板状の第２の振動体を、第２の支持梁によりＹ軸方向に振動可能に支持し、基板側の縁部に設けた固定側導電部と第１の振動体側の縁部に設けた可動側導電部との間で発生する静電力によって、第１の支持梁を屈曲させて第１の振動体をＸ軸方向に振動させる角速度センサが知られている（例えば、特許文献７を参照）。別の静電駆動型として、固定フレームの内側に駆動梁で支持される振動フレームの内側に複合梁で取り付けられた錘部を有するシリコンウェハのセンサ本体と、それに対向するガラス基板とからなり、センサ本体側とガラス基板側との平行平板電極間で働く静電気力によって、センサ本体及び錘部を振動させる角速度センサが知られている（例えば、特許文献８を参照）。
【０００９】
また、磁気駆動型のものとして、恒弾性材料の振動体を一端の支持部で外部固定台に固定支持し、その連結部から分岐したバネ部をその自由端に固着した磁石と基台に固着した電磁コイルとにより駆動して振動させる振動体構造が知られている（例えば、特許文献９を参照）。別の磁気駆動型として、シリコン基板から形成されかつ片持ち梁状に支持される薄膜振動板上に薄膜磁石を配置し、薄膜振動板の外側に設けた導体又は電磁コイルに交流電流を通電して発生する電磁力の作用によって、薄膜振動板を厚み方向に振動させるようにした角速度センサ角速度センサが知られている（例えば、特許文献１０を参照）。
【００１０】
【非特許文献１】C. Zener，外２名，「Internal Friction in Solids III. Experimental Demonstration of Thermoelastic Internal Friction」，PHYSICAL REVIEW，1938年１月１日，Volume 53，p.100-101
【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
【特許文献４】特開昭５３−２３５８８号公報
【特許文献５】特開昭５６−９４８１３号公報
【特許文献６】特開２００５−１０９７４１号公報
【特許文献７】特開平５−３１２５７６号公報
【特許文献８】特開２００１−１８３１４０号公報
【特許文献９】特公昭４３−１１９４号公報
【特許文献１０】特開平１０−１９５７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、少なくとも本願発明者が知る限り、従来技術において、上述した熱弾性損失効果が屈曲振動モードの圧電振動片に与える影響を検討した例は、特許文献３以外にほとんど見当たらない。そこで、本願発明者は、特許文献５に記載されるように、矩形の枠体の内側に１対の平行な振動腕を一体に支持する構造の音叉型圧電振動片について、振動腕の屈曲振動による熱弾性損失がその性能に及ぼす影響を検討した。
【００１２】
図８（Ａ）は、かかる構造の音叉型圧電振動片の１例を示している。同図の圧電振動片１は、矩形の枠体２と、該枠体の内側を横断して延長しかつ両端を枠体に結合した直線状のバーからなる支持部３と、該支持部から延出する１対の平行な振動腕４，５とを備える。前記各振動腕の表裏各主面には、ＣＩ値を抑制するために直線状の溝６，７がそれぞれ形成されている。図示しない励振電極に所定の電圧を印加すると、振動腕４，５は、図中矢印で示すように互いに接近又は離反する向きに屈曲振動する。
【００１３】
この屈曲振動によって、支持部３は水平方向に屈曲運動し、その内部に機械的歪みが発生した。振動腕４，５が互いに接近する向きに屈曲すると、支持部３は、図８（Ｂ）に示すように、前記両振動腕間の部分が枠体側に湾曲し、前記各振動腕と前記枠体との接続部間が振動腕側に湾曲する。逆に、前記振動腕が互いに離反する向きに屈曲すると、支持部３は、図８（Ｃ）に示すように、前記両振動腕間の部分が振動腕側に湾曲し、前記各振動腕と前記枠体との接続部間が枠体側に湾曲する。
【００１４】
この支持部３内部の機械的歪みは、その延長方向に沿って振動腕側と枠体側との間の温度勾配として観察された。圧縮応力が作用する圧縮部分は温度が上昇し、引張応力が作用する伸張部分は温度が下降する。従って、図８（Ｂ）の場合、前記両振動腕間の部分は、振動腕側の温度が上昇して枠体側の温度が下降し、前記各振動腕と前記枠体との接続部間は、枠体側の温度が上昇して振動腕側の温度が下降する。図８（Ｃ）の場合、前記両振動腕間の部分は、枠体側の温度が上昇して振動腕側の温度が下降し、前記各振動腕と前記枠体との接続部間は、振動腕側の温度が上昇して枠体側の温度が下降する。特に前記両振動腕間の部分では、振動腕側の部分８と枠体側の部分９とに大きな温度上昇及び下降が認められた。
【００１５】
この温度上昇及び下降により生じる温度勾配によって、支持部３の内部には、振動腕側と枠体側との間で熱伝達が起こる。温度勾配は、前記振動腕の屈曲振動に対応して振動腕側と枠体側とで逆向きに発生し、それに対応して熱伝達も逆向きとなる。この熱伝達によって、振動腕３，４の振動エネルギは、その一部が振動中常に熱弾性損失として失われることになる。その結果、振動片１はＱ値が低下し、所望の高性能を実現することが困難になる。
【００１６】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、屈曲振動する複数の平行な振動腕を枠体の内側に設けた支持部によって一体に支持する構造の屈曲振動片において、振動腕の屈曲振動によって支持部に生じる熱弾性損失によるＱ値の低下を解消又は改善して、性能の向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によれば、上記目的を達成するために、枠体と、該枠体の内側を横断して延長しかつ両端を枠体に結合した支持部と、該支持部に支持されて屈曲振動する複数の平行な振動腕とを備える屈曲振動片であって、支持部が、その表裏主面の少なくとも一方に形成した溝を有し、該溝が、支持部の延長方向において、支持部の振動腕側とその反対側とで振動腕の屈曲振動による圧縮応力と引張応力とが交互に発生する領域に配置されている屈曲振動片が提供される。
【００１８】
支持部は、振動腕の屈曲振動によって屈曲運動し、その振動腕側とその反対側とには、圧縮による温度上昇と伸張による温度下降とが交互に発生して温度差を生じるが、それらの間における熱伝達は、支持部の溝によって妨げられる。その結果、熱弾性損失によるＱ値の低下が抑制されるので、屈曲振動片の性能向上を図ることができる。
【００１９】
本発明の屈曲振動片には、振動子や共振子、ジャイロ、各種センサ等の圧電デバイス、その他の電子部品に使用される圧電駆動型の圧電振動片が含まれる。更に本発明の屈曲振動片には、従来技術に関連して上述した静電駆動型及び磁気駆動型のものが含まれる。
【００２０】
或る実施例では、支持部の溝が、支持部の延長方向において、各振動腕に接続する位置の間に形成されている。上述したように、振動腕の屈曲振動により支持部に発生する機械的歪み、従って温度勾配は、各振動腕に接続する位置の間で最も大きくなるので、支持部の強度及び剛性をあまり損なうことなく、有効に熱弾性損失を減少させてＱ値の改善を図ることができる。
【００２１】
別の実施例では、支持部の溝が有底の溝であることによって、支持部の振動腕側とその反対側との間における熱伝達経路は途中で狭められ、見かけ上従来よりも長くなる。その結果、支持部の振動腕側とその反対側との間で温度が平衡状態となるまでの緩和時間τが長くなるので、Ｑ値の極小値を生じる緩和振動数（ｆ＝１／２πτ）は、溝が無い場合の緩和振動数よりも小さくなる。従って、溝が無い場合の緩和振動数よりも高い周波数範囲では、Ｑ値が従来よりも高くなる。
【００２２】
更に別の実施例によれば、支持部の溝が貫通溝であることによって、支持部の振動腕側とその反対側との間における熱伝達経路は途中で遮断され、従来よりも短くなる。その結果、支持部の振動腕側とその反対側との間で温度が平衡状態となるまでの緩和時間τが長くなるので、Ｑ値の極小値を生じる緩和振動数（ｆ＝１／２πτ）は、溝が無い場合の緩和振動数よりも大きくなる。従って、溝が無い場合の緩和振動数よりも低い周波数範囲では、Ｑ値が従来よりも高くなる。
【００２３】
或る実施例では、振動腕が接続部を介して支持部に支持され、かつ接続部がその両側部の支持部との接続部分近傍に切欠きを有することにより、外部から枠部への衝撃が支持部から振動腕に伝わるのを抑制し、ＣＩ値等の性能低下を防止することができる。
【００２４】
別の実施例では、各振動腕が、その先端に錘部を有することにより、その慣性力によってより高い振動エネルギを安定して保持し、振動片の性能を安定させることができる。
【００２５】
本発明の屈曲振動片は、従来の音叉型振動片と同様に、枠体と支持部と振動腕とを水晶材料で一体に形成することができ、他の公知の圧電材料を用いて形成することもできる。
【００２６】
本発明の別の側面によれば、上述した本発明の屈曲振動片と、ベースと、リッドとを備え、屈曲振動片の枠体の下面にベースを接合しかつ該枠体の上面にリッドを接合して、その内部に屈曲振動片を気密に封止した、従来よりも高いＱ値及び高性能を有する圧電デバイス等の電子部品が提供される。
【００２７】
また、本発明の別の側面によれば、上述した本発明の屈曲振動片と、ベースと、リッドとを備え、ベースに屈曲振動片をその枠体において支持し、かつリッドをベースに接合して、その内部に屈曲振動片を気密に封止した、従来よりも高いＱ値及び高性能を有する圧電デバイス等の電子部品が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
図１（Ａ）は、本発明を適用した圧電振動片の第１実施例の構成を概略的に示している。本実施例の圧電振動片１１は、矩形の枠体１２と、該枠体の内側を横断して延長しかつ両端を枠体に結合した直線状のバーからなる支持部１３と、該支持部から延出する１対の平行な振動腕１４，１５とを備える。支持部１３は、枠体１２の一方（図中下側）の側辺に近接しかつ該側辺と平行に配置されている。振動腕１４，１５は、支持部１３に近接する前記枠体の側辺とは反対側に、前記支持部の延長方向に直交する向きに延長している。振動腕１４，１５は、その先端を錘部として大きくした所謂ハンマーヘッドタイプのものである。前記各振動腕の表裏各主面には、ＣＩ値を抑制するために、それぞれ長手方向に沿って１本の直線状の溝１６，１７が形成されている。また、枠体１２は、その隅部を丸み付けしたり、面取り加工を施したものであってもよい。
【００２９】
支持部１３の表裏各主面には、図１（Ｂ）に示すように、その延長方向において振動腕１４，１５を接続する位置の間に、即ち前記振動腕を延長させた範囲１４´、１５´を含まないように、それぞれ溝１８が形成されている。図１（Ｃ）に示すように、溝１８は、前記支持部の表裏各主面から同じ深さを有する有底の溝である。溝１８は、前記支持部の延長方向に沿って、振動腕側の端縁と枠体側の端縁とから等距離に配置されている。
【００３０】
本実施例の圧電振動片１１は、従来の音叉型水晶振動片と同様に、所謂Ｚカットの水晶薄板から、水晶結晶軸のＹ軸を前記振動腕の長手方向に、Ｘ軸をその幅方向に、Ｚ軸を前記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。別の実施例では、圧電振動片１１を水晶以外の圧電材料で形成することができる。
【００３１】
図示しないが、溝１６，１７の内面を含む各振動腕１４，１５の表面には励振電極が形成され、支持部１３を介して外部との接続端子に引き出されている。使用時には、圧電振動片１１は前記支持部で図示しないパッケージ等に固定され、振動腕１４，１５及び支持部１３が浮いた状態で概ね水平に保持される。この状態で、前記励振電極に所定の電圧を印加すると、振動腕１４，１５は水平方向に、図中矢印で示すように互いに接近又は離反する向きに屈曲振動する。
【００３２】
この屈曲振動によって、支持部１３は水平方向に屈曲運動する。その結果、支持部１３の内部には機械的歪みが、即ち圧縮する側に圧縮応力が、伸張する側に引張応力が発生する。振動腕１４，１５が互いに接近する向きに屈曲すると、支持部１３は、前記振動腕間の部分が枠体側に湾曲し、前記各振動腕と前記枠体との接続部間が振動腕側に湾曲する。逆に、前記振動腕が互いに離反する向きに屈曲すると、支持部１３は、前記振動腕間の部分が振動腕側に湾曲し、前記各振動腕と前記枠体との接続部間が枠体側に湾曲する。それにより、支持部１３の圧縮応力が作用する圧縮部分は温度が上昇し、引張応力が作用する伸張部分は温度が下降する。図８に関連して上述したように、特に支持部１３の両振動腕間の部分は、大きな機械的応力が作用するので、その振動腕側の部分１９と枠体側の部分２０との間に大きな温度勾配が生じる。その温度勾配の傾斜は、振動腕が互いに接近又は離反する向きによって逆向きになる。
【００３３】
図１（Ｃ）は、支持部１３の両振動腕間の部分において、前記振動腕が互いに接近する向きに屈曲することにより、振動腕側の部分１９が圧縮側となりかつ枠体側の部分２０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−の符号で示す。圧縮側の部分１９は温度が上昇し、伸張側の部分２０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１９から溝１８の部分を通って伸張側（−）の部分２０へと伝達される。
【００３４】
逆に、前記振動腕が互いに離反する向きに屈曲する場合には、振動腕側の部分１９が伸張側となり、かつ枠体側の部分２０が圧縮側となる。従って、圧縮側の部分２０で温度が上昇し、伸張側の部分１９で温度が下降するから、圧縮側の部分２０から溝１８の部分を通って伸張側の部分１９へと、逆向きに熱伝達が起こる。
【００３５】
本実施例では、部分１９と部分２０間の熱伝達経路が、溝１８によって途中で狭められている。その結果、両部分１９，２０間で温度が平衡状態になるまでの緩和時間τ１ は、前記溝が無い従来構造の場合の緩和時間τ０ よりも長くなる。これは、図１（Ｃ）に想像線１３´で示すように、支持部１３の幅Ｔをみかけ上Ｔ1 まで長くしたのと等価と考えることができる。従って、本実施例の圧電振動片１１は、緩和振動数ｆ１０が、ｆ１０＝１／２πτ１となり、τ１＞τ０であるから、従来構造の緩和振動数ｆ０＝１／２πτ０よりも低くなる。
【００３６】
これを、図７の周波数とＱ値との関係で見ると、曲線Ｆ自体の形は変わらないから、緩和振動数の低下に伴って、曲線Ｆが曲線Ｆ1の位置まで周波数の低下方向にシフトしたことになる。従って、所望の使用周波数が振動数ｆ０よりも高い範囲では、Ｑ値は常に、従来構造における極小値Ｑ０よりも高くなる。このように本実施例の圧電振動片１１は、支持部１３に有底溝１８を設けることによって、Ｑ値を改善して高性能化を実現することができる。また、本実施例の有底溝１８は、支持部１８の表裏主面のいずれか一方にのみ設けた場合も、同様の作用効果を得ることができる。
【００３７】
図２（Ａ）（Ｂ）は、第１実施例の変形例を示している。同図において、第１実施例と同じ構成要素には同じ参照符号を付して説明する。本実施例において、支持部１３には、その延長方向に沿って各振動腕１４，１５を接続する位置の間に、即ち前記振動腕の延長範囲１４´、１５´を含まないように、溝２１が形成されている。本実施例の溝２１は、第１実施例と異なり、前記支持部の表裏を貫通している。これにより、支持部１３の前記振動腕間の領域は、その延長方向に沿って溝２１を挟んで振動腕側の部分１９と枠体側の部分２０とが分離されている。
【００３８】
第１実施例と同様に、振動腕１４，１５を水平方向に互いに接近又は離反する向きに屈曲振動させると、支持部１３は水平方向に屈曲運動し、その屈曲の向きに応じて、前記支持部の内部には圧縮応力と引張応力とが発生する。支持部１３の圧縮応力が作用する圧縮部分は温度が上昇し、引張応力が作用する伸張部分は温度が下降する。
【００３９】
図２（Ｂ）は、特に大きな機械的応力が作用する支持部１３の両振動腕間の部分において、前記振動腕が互いに接近する向きに屈曲して、振動腕側の部分１９が圧縮側となりかつ枠体側の部分２０が伸張側となる場合を例示している。図中、温度上昇の程度を＋符号の数で、温度下降の程度を−符号の数で示す。支持部１３を全体として見ると、圧縮側の部分１９は温度が上昇し、伸張側の部分２０は温度が下降する。しかしながら、本実施例では、貫通孔２１を設けたことによって、部分１９と部分２０との間で熱伝達が起こらない。
【００４０】
局所的に見ると、部分１９では、その振動腕側と溝２１側とで作用する圧縮応力の大きさに差が生じる。同様に、部分２０でも、その枠体側と溝２１側とで作用する引張応力の大きさに差が生じる。その結果、各部分１９，２０の内部には、それぞれ支持部１３の幅方向に振動腕側と枠体側との間に温度勾配が生じる。部分１９は、圧縮応力がより大きい振動腕側で、温度がより高く上昇し、それより圧縮応力が低い溝２１側で、温度上昇が小さい。この相対的な温度上昇の差によって、部分１９内部では、振動腕側（＋＋）から溝２１側（＋）に向けて温度勾配が生じ、その温度傾斜に沿って熱伝達が起こる。同様に、部分２０は、引張応力がより大きい枠体側で、温度がより低く下降し、それより引張応力が低い溝２１側で、温度下降が小さい。この相対的な温度上昇の差によって、部分２０内部では、溝２１側（−）からその反対側（−−）に向けて温度勾配が生じ、その温度傾斜に沿って熱伝達が起こる。
【００４１】
逆に、前記振動腕が互いに離反する向きに屈曲する場合には、振動腕側の部分１９が伸張側となり、かつ枠体側の部分２０が圧縮側となる。従って、支持部１３を全体として見ると、伸張側の部分１９で温度が上昇し、圧縮側の部分２０で温度が下降する。各部分１９，２０を局所的に見ると、それぞれ枠体側から溝２１側に向けて、及び溝２１側から振動腕側に向けて温度勾配が生じ、その温度傾斜に沿って各部分１９，２０の内部に熱伝達が起こる。
【００４２】
本実施例では、貫通溝２１によって、各部分１９，２０内部の熱伝達経路が従来よりも大幅に短い。その結果、各部分１９，２０において温度が平衡状態になるまでの緩和時間τ２ は、前記溝が無い従来構造の場合の緩和時間τ０ よりも短くなる。これは、前記振動腕腕の幅方向に沿って支持部１３の幅Ｔをみかけ上、各部分１９，２０の幅Ｔ2 まで短くしたのと等価と考えることができる。従って、本実施例の圧電振動片は、緩和振動数ｆ２０が、ｆ２０＝１／２πτ２となり、τ２＜τ０であるから、従来構造の緩和振動数ｆ０＝１／２πτ０よりも高くなる。
【００４３】
これを、図７の周波数とＱ値との関係で見ると、曲線Ｆ自体の形は変わらないから、緩和振動数の上昇に伴って、曲線Ｆが曲線Ｆ2の位置まで周波数の増加方向にシフトしたことになる。従って、所望の使用周波数が振動数ｆ０よりも低い範囲では、Ｑ値は常に、従来構造における極小値Ｑ０よりも高くなる。このように本実施例においても、支持部１３に貫通溝２１を設けることによって、第１実施例と同様に、Ｑ値を改善して高性能化を実現することができる。
【００４４】
図３は、本発明を適用した圧電振動片の第２実施例の構成を概略的に示している。本実施例の圧電振動片２２は、支持部１３の表裏主面に形成する溝２３が、その延長方向において振動腕１４，１５間の部分を超えて、前記振動腕の延長範囲を含む広い範囲に形成されている点において、第１実施例と異なる。溝２３は、第１実施例と同様に、支持部１３の表裏各主面から同じ深さを有する有底溝である。この有底溝は、前記支持部の表裏主面のいずれか一方にのみ設けてもよい。別の実施例では、溝２３を、図２の変形例と同様に支持部１３の表裏を貫通する溝とすることができる。
【００４５】
図８に関連して上述したように、支持部１３は、その全長に亘って屈曲運動するので、該支持部の内部には、その全長に亘って振動腕側と枠体側との間に温度勾配が生じる。従って、溝２３を支持部１３のより長い範囲に設けることによって、前記支持部における熱弾性損失をより低減することができる。
【００４６】
図４は、本発明を適用した圧電振動片の第３実施例の構成を概略的に示している。本実施例の圧電振動片３１は、矩形の枠体３２と、該枠体の内側を横断して延長しかつ両端を枠体に結合した直線状のバーからなる支持部３３と、１対の平行な振動腕３４，３５とを備える。前記各振動腕は、それぞれの表裏各主面に長手方向に沿って形成された直線状の溝３６，３７を有する。支持部３３は、枠体３２の一方（図中下側）の側辺に近接しかつ該側辺と平行に配置されている。
【００４７】
支持部３３の略中央には、それに近接する前記枠体の側辺とは反対側に接続部３８が一体に突出し、振動腕３４，３５は、接続部３８から前記支持部の延長方向と直交する向きに延長している。接続部３８の両側部には、前記支持部との接続部分直近に切欠き３９，４０が形成されている。これらの切欠きによって、外部から枠体３２への衝撃が支持部３３から接続部３８を介して前記振動腕に伝わることを抑制し、ＣＩ値の劣化や周波数の変動等の性能低下を防止する。
【００４８】
支持部３３には、その延長方向において接続部３８を形成した位置に、溝４１が形成されている。溝４１は、前記支持部の延長方向に沿って振動腕側の端縁と枠体側の端縁とから等距離に配置される。溝４１は、第１実施例と同様に、支持部３３の表裏各主面から同じ深さを有する有底溝である。この有底溝は、前記支持部の表裏主面のいずれか一方にのみ設けてもよい。別の実施例では、溝４１を、図２の変形例と同様に支持部３３の表裏を貫通する溝とすることができる。
【００４９】
本実施例では、振動腕３４，３５に屈曲振動によって、支持部３２の接続部３８との接続部分に大きな機械的歪みが生じる。その結果、前記接続部分の振動腕側の部分４２と枠体側の部分４３とに圧縮応力及び引張応力が作用して温度が上昇又は下降し、その間に温度勾配が生じる。溝４１によって部分４２と部分４３との間の熱伝達が妨げられるので、上記各実施例と同様にＱ値が改善され、性能が向上する。
【００５０】
図５は、第１実施例の圧電振動片１１を備えた圧電デバイスの実施例を示している。この圧電デバイス５１は、圧電振動片１１の下側に平板状のベース５２を配置して、低融点ガラス等の封止材５３で枠体１２の下面に気密に接合する。更に、圧電振動片１１の上側に平板状のリッド５４を配置して、低融点ガラス等の封止材５５で枠体１２の上面に気密に接合する。これにより、支持部１３に支持された振動腕１４，１５が圧電デバイス５１内部に気密に封止される。また、ベース５２及びリッド５４は、平板状のものに限定されない。例えば、圧電振動片の枠体１２と接合される前記ベース及び／又はリッドの周縁部分を厚肉に形成したり、圧電振動片との対向面又は外面に溝や凹み又は凸部を形成したものであってもよい。
【００５１】
図６は、第１実施例の圧電振動片１１を備えた圧電デバイスの別の実施例を示している。この圧電デバイス６１は、絶縁材料の薄板を積層した矩形箱型のベース６２と、平板状のリッド６３とを備える。圧電振動片１１をベース６２の空所６４内に、枠体１２を導電性接着剤等でマウント６４，６５に固定して実装し、ベース６２上端にリッド６３を接合する。これにより、圧電振動片１１が圧電デバイス６１内部に気密に封止される。また、ベース６２及びリッド６３は、本実施例とは異なる形態にすることができる。例えば、ベース６２を平板状にかつリッド６３を箱型に形成し、又はベース及びリッド双方共に箱型に形成して、その内部に圧電振動片１１を実装するための空所を画定することができる。
【００５２】
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、本発明は、複数対の振動腕を有する音叉型圧電振動片又は３つ以上の振動腕を有する屈曲振動片についても同様に適用することができる。また、上記各実施例の屈曲振動片は、圧電材料で一体に形成したものだけでなく、シリコン半導体等の材料の表面に圧電板材を設けたものであってもよい。上記各実施例の圧電振動片は、図５又は図６以外の様々なパッケージ構造に実装することができる。また、上記実施例では、圧電駆動型の圧電振動片について説明したが、本発明は静電駆動型又は磁気駆動型の屈曲振動片についても、同様に適用することができる。その場合、圧電材料以外にシリコン半導体などの様々な公知の材料を用いて屈曲振動片を形成することができる。また、本発明の屈曲振動片は、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。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】（Ａ）図は本発明による圧電振動片の第１実施例を示す平面図、（Ｂ）図はその支持部を示す部分拡大平面図、（Ｃ）図はそのＩ−Ｉ線における断面図。
【図２】（Ａ）図は第１実施例の変形例の支持部を示す部分拡大平面図、（Ｂ）図はそのII−II線における断面図。
【図３】本発明による圧電振動片の第２実施例を示す平面図。
【図４】本発明による圧電振動片の第３実施例を示す平面図。
【図５】第１実施例の圧電振動片を備える圧電デバイスの縦断面図。
【図６】第１実施例の圧電振動片を備える別の圧電デバイスの縦断面図。
【図７】屈曲振動モードの圧電振動片における緩和周波数とＱ値の極小値との関係を示す線図。
【図８】（Ａ）図は従来の圧電振動片の構成を示す平面図、（Ｂ）（Ｃ）図はその支持部の屈曲運動をそれぞれ示す模式図。
【符号の説明】
【００５４】
１，１１，２２，３１…圧電振動片、２，１２，３２…枠体、３，１３，３３…支持部、４，５，１４，１５，３４，３５…振動腕、６，７，１６，１７，３６，３７…溝、８，９，１９，２０，４２，４３…部分、１８，２１，２３，４１…溝、３８…接続部、３９，４０…切欠き、５１，６１…圧電デバイス、５２，６２…ベース、５３，５５…封止材、５４，６３…リッド、６４…空所、６５，６６…マウント。
【図１】
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【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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