(57)【要約】【課題】  振動子の小型化に伴う、電極や配線を形成する際の負担を軽減すること。【解決手段】  音叉型振動片は、基部１０と、基部から、所定面内で第１方向に延出すると共に、所定面内で第１方向に垂直な第２方向に所定幅を有し、かつ、第１方向および第２方向の各々に垂直な方向であって所定面に垂直な第３方向に所定厚みを有する振動腕２０と、振動腕の第１面および第１面に対向する第２面の少なくとも一方に設けられ、第１方向の電界を生じさせる電極４１ａ，４１ｂと、第１方向の電界によって、振動腕に前記第１方向の伸縮を生じさせて、振動腕２０を第３方向に振動させ、かつ、振動腕２０における第２方向の所定幅をｗとし、第３方向の所定厚みをｔとしたとき、ｗ＞ｔが成立する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部から、所定面内で第１方向に延出すると共に、前記所定面内で前記第１方向に垂直な第２方向に所定幅を有し、かつ、前記第１方向および前記第２方向の各々に垂直な方向であって前記所定面に垂直な第３方向に所定厚みを有する振動腕と、
前記振動腕の第１面および前記第１面に対向する第２面の少なくとも一方に設けられ、前記第１方向の電界を生じさせる電極と、
前記第１方向の電界によって、前記振動腕に前記第１方向の伸縮を生じさせて、前記振動腕を前記第３方向に振動させ、
かつ、前記振動腕における前記第２方向の前記所定幅をｗとし、前記第３方向の所定厚みをｔとしたとき、ｗ＞ｔが成立することを特徴とする音叉型振動片。
【請求項２】
請求項１記載の音叉型振動片であって、
前記振動腕は、所定の結晶面を有する圧電材料板により形成され、
前記所定面は、前記所定の結晶面を含む面であり、
前記圧電材料板の、前記第１方向の電界によって前記第１方向の歪みを発生させ、前記第３方向の振動を生じさせることを特徴とする音叉型振動片。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の音叉型振動片であって、
前記電極は、前記振動腕における第１面および第２面の少なくとも一方に設けられる櫛歯電極である、ことを特徴とする音叉型振動片。
【請求項４】
請求項３記載の音叉型振動片であって、
前記櫛歯電極は、
所定距離だけ離れて互いに対向して配置される一対の電極からなる第１対向部分と、
前記第１対向部分に隣接して設けられ、かつ、前記所定距離だけ離れて互いに対向して配置される一対の電極からなる第２対向部分と、を有し、
前記第１対向部分と前記第２対向部分は、前記振動腕の延出方向である前記第１方向に沿って配置されており、かつ、前記所定距離をＬ１とし、前記第１対向部分と前記第２対向部分との間の距離をＬ２としたとき、Ｌ１＜Ｌ２が成立する、
ことを特徴とする音叉型振動片。
【請求項５】
請求項３記載の音叉型振動片であって、
前記櫛歯電極は、
前記第２対向部分に隣接して設けられ、かつ、前記所定距離だけ離れて互いに対向して配置される一対の電極からなる第３対向部分を、さらに有し、
前記第１対向部分、前記第２対向部分、前記第３対向部分の順に、前記基部からの距離が大きくなるものとし、かつ、前記第２対向部分と前記第３対向部分との間の距離をＬ３としたとき、Ｌ２＜Ｌ３が成立する、
ことを特徴とする音叉型振動片。
【請求項６】
請求項３記載の音叉型振動片であって、
前記振動腕の前記第１面および前記第２面の少なくとも一方には凸部が設けられ、前記凸部は、前記第１方向に所定の厚みを有し、前記凸部を挟むように、前記櫛歯電極を構成する一対の電極が設けられる、
ことを特徴とする音叉型振動片。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の音叉型振動片であって、
前記振動腕として、前記基部から前記第１方向に延出する、ｎ本（ｎは２以上の自然数）の振動腕が設けられることを特徴とする音叉型振動片。
【請求項８】
請求項７記載の音叉型振動片であって、
前記ｎ本の振動腕として、ｍ本（ｍは３以上の奇数）の振動腕が設けられ、
前記ｍ本の振動腕の各々を、第１振動腕〜第ｍ振動腕とし、第１振動腕〜第ｍ振動腕は、ｍの値が小さい順に、前記第２方向に並んで配置され、
前記ｍ本の振動腕は３つの振動腕群に区分され、第１振動腕から第（ｍ／３）振動腕までを第１群の振動腕とし、第｛（ｍ／３）＋１｝振動腕から第｛（２ｍ／３）｝振動腕までを第２群の振動腕とし、第｛（２ｍ／３）＋１｝振動腕から第ｍ振動腕までを第３群の振動腕とし、また、前記第３方向は、正の第３方向と、前記正の第３方向とは逆向きの負の第３方向と、を含み、
前記第１群の振動腕および前記第３群の振動腕の各々が、前記正の第３方向に変位しているとき、前記第２群の振動腕は、前記負の第３方向に変位し、
前記第１群の振動腕および前記第３群の振動腕の各々が、前記負の第３方向に変位しているとき、前記第２群の振動腕は、前記正の第３方向に変位する、
ことを特徴とする音叉型振動片。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれかに記載の音叉型振動片と、
前記音叉型振動片を収容する収容体と、
を含むことを特徴とする振動子。
【請求項１０】
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の音叉型振動片であって、
前記音叉型振動片は、
前記基部として、第１基部と第２基部とが設けられ、かつ、前記振動腕の一端が前記第１基部に連結され、前記振動腕の他端が前記第２基部に連結される、双音叉型振動片であることを特徴とする音叉型振動片。
【請求項１１】
請求項１０記載の音叉型振動片であって、
前記振動腕は、
前記第１方向に順に並ぶ第１領域、第２領域および第３領域と、
前記第１領域と前記第２領域との間に設けられる第１節領域と、
前記第２領域と前記第３領域との間に設けられる第２節領域と、
を有し、
前記振動腕の前記第１面または前記第２面における前記第１領域および前記第３領域に収縮応力が生じるときは、前記振動腕の前記第１面または前記第２面における前記第２領域には伸張応力が生じ、前記振動腕の前記第１面または第２面における前記第１領域および前記第３領域に伸張応力が生じるときは、前記振動腕の前記第１面または前記第２面における前記第２領域には収縮応力が生じる、
ことを特徴とする音叉型振動片。
【請求項１２】
請求項１１記載の音叉型振動片であって、
前記振動腕として、ｎ本（ｎは２以上の自然数）の振動腕が設けられることを特徴とする音叉型振動片。
【請求項１３】
請求項１２記載の音叉型振動片であって、
前記ｎ本の振動腕として、ｍ本（ｍは３以上の奇数）の振動腕が設けられ、
前記ｍ本の振動腕の各々を、第１振動腕〜第ｍ振動腕とし、第１振動腕〜第ｍ振動腕は、ｍの値が小さい順に、前記第２方向に並んで配置され、
前記ｍ本の振動腕は３つの振動腕群に区分され、第１振動腕から第（ｍ／３）振動腕までを第１群の振動腕とし、第｛（ｍ／３）＋１｝振動腕から第｛（２ｍ／３）｝振動腕までを第２群の振動腕とし、第｛（２ｍ／３）＋１｝振動腕から第ｍ振動腕までを第３群の振動腕とし、また、前記第３方向は、正の第３方向と、前記正の第３方向とは逆向きの負の第３方向と、を含み、
前記第１群の振動腕および前記第３群の振動腕の各々における、前記第１面または前記第２面の前記第１領域および前記第３領域に収縮応力が生じ、かつ前記第２領域に伸張応力が生じているときには、前記第２群の振動腕における前記第１面または前記第２面の、前記第１領域および前記第３領域には伸張応力が生じ、かつ前記第２領域には収縮応力が生じ、
前記第１群の振動腕および前記第３群の振動腕の各々における、前記第１面または前記第２面の前記第１領域および前記第３領域に伸張応力が生じ、かつ前記第２領域に収縮応力が生じているときには、前記第２群の振動腕における前記第１面または前記第２面の前記第１領域および前記第３領域には収縮応力が生じ、かつ前記第２領域には伸張応力が生じる、
ことを特徴とする音叉型振動片。
【請求項１４】
測定対象の物理量の変化に応じて変位が生じる弾性部、あるいは前記弾性部に連結される質量部と、
少なくとも一つの基部が、前記弾性部あるいは前記質量部に接続され、前記弾性部または前記質量部の変位によって、振動腕に前記振動腕の延出方向の伸縮が生じる、請求項１０〜請求項１３のいずれかに記載の音叉型振動片と、
前記音叉型振動片を収容する収容体と、
を含むことを特徴とするセンサー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音叉型振動片、振動子およびセンサー装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
音叉型振動片（音叉型圧電振動片）は、振動子や振動型センサー素子等の構成要素となり得る振動部材であり、例えば、少なくとも一つの基部と、その基部に連接（連結）される少なくとも一本の、圧電材料を用いた振動腕（振動ビーム）と、を有する。
【０００３】
例えば、圧電体（圧電材料）である水晶に電圧（電界）を印加すると、水晶に変形が生じる。水晶は、その固有振動数に近いある特定の周波数帯でのみコイルのような誘導性リアクタンス特性を発現する。この原理を応用した電子部品が水晶振動子である。音叉型水晶振動子は、音叉型水晶振動片をパッケージに収容し、例えばパッケージ内を真空封止することによって製造される。水晶振動子は、例えば、発振回路の構成部品として使用される。
【０００４】
また、音叉型振動片の一種である双音叉型振動片（振動片の両端が基部により支持される構造をもつ振動片）は、物理量（加速度、圧力等）を検出するためのセンサー素子（例えば力検知素子）としても利用することができる。水晶は、優れた温度安定性と高いＱ値を有することから、水晶振動子を用いることによって、高精度かつ高安定性をもつ、信頼性の高い振動型センサー（センサー装置）が実現される。
【０００５】
音叉型振動子の一例は、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載される音叉型振動子では、振動片は、振動片の幅の方向（つまり、振動片が第１方向に延在するとした場合、同一面内で第１方向に垂直な第２方向）に振動する。また、振動子において櫛歯電極を使用する例は、例えば、特許文献２および特許文献３に記載されている。特許文献２および特許文献３に記載される櫛歯電極は、ジャイロセンサー用の駆動電極と検出電極とを兼ねる特殊な形状の電極であり、かつ、圧電単結晶の所定部分の分極方向を、圧電単結晶全体の分極方向とは逆にする（反転させる）ことを容易化できる形状となっている。
【０００６】
また、近年、ＭＥＭＳ技術等を用いて、振動子のサイズを大幅に縮小することが検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１４４５８１号公報
【特許文献２】特開２００４−１５１０３１号公報
【特許文献３】特開２００３−１１４１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
振動子の構成要素である振動片の振動腕が、その振動腕の幅（横幅）の方向に振動する場合（特許文献１に記載される例）における共振周波数は、下記（１）式で表される。
【０００９】
【数１】
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【００１０】
共振周波数ｆｎを一定に保つという条件の下で、振動腕の腕長lを短くして振動子（振動片）の小型化を行う場合、上記の式（１)より、振動腕の腕幅ｗを小さくする必要がある。振動子の小型化に伴い腕幅ｗを小さくする場合、各電極の幅や電極間の間隔が狭くなる。したがって、例えば、振動子の超小型化をめざす場合には、電極の形成が困難となる場合があり、また、歩留まりが低下する場合もある。この点は、上記特許文献１〜特許文献３の各々に記載される振動子に共通する課題である。
【００１１】
また、特許文献２および特許文献３に記載される特殊な形状の櫛歯電極の場合、振動片の腕幅ｗをより小さくしていくと、振動腕の延在方向の電界よりも、振動腕の幅方向の電界が支配的となり、電界効率が低下して、ＣＩ値（クリスタルインピーダンス値）の上昇を招くという不都合も生じる。
【００１２】
本発明の少なくとも一つの態様によれば、振動子の小型化に伴う、電極や配線を形成する際の負担を軽減することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（１）本発明の音叉型振動片の一態様は、基部と、前記基部から、所定面内で第１方向に延出すると共に、前記所定面内で前記第１方向に垂直な第２方向に所定幅を有し、かつ、前記第１方向および前記第２方向の各々に垂直な方向であって前記所定面に垂直な第３方向に所定厚みを有する振動腕と、前記振動腕の第１面および前記第１面に対向する第２面の少なくとも一方に設けられ、前記第１方向の電界を生じさせる電極と、前記第１方向の電界によって、前記振動腕に前記第１方向の伸縮を生じさせて、前記振動腕を前記第３方向に振動させ、かつ、前記振動腕における前記第２方向の前記所定幅をｗとし、前記第３方向の所定厚みをｔとしたとき、ｗ＞ｔが成立する。
【００１４】
本態様では、振動片の振動腕は、所定面に垂直な第３方向（面外方向：振動腕の厚み方向）に振動する。つまり、振動腕に，ウォークモードの振動を励振する。この場合の振動片（振動子）の共振周波数は、下記（２）式で表される。
【００１５】
【数２】
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【００１６】
上記（２）式から明らかなように、共振周波数を一定に保つことを条件として振動腕の腕長ｌを縮小した場合には、振動腕の厚みｔを小さくすればよい。これによって、無理のない振動腕のダウンサイジングが実現される。振動腕の厚みｔは、例えば、振動片を構成する圧電材料板の厚みを調整することによって高精度に制御することができる。
【００１７】
一方、振動腕の腕幅ｗは、腕長ｌのスケールダウンに対応して縮小する必要はなくなり、よって、振動腕の腕幅ｗは、例えば、電極や配線を信頼性高く形成することができる程度の幅に維持することができる。よって、本態様では、振動腕の幅（腕幅）ｗ＞振動腕の厚みｔが成立する。振動腕の厚みを薄くしつつ、一方、振動腕の腕幅を適切な大きさに設定することができることから、配線や電極の形成不良（断線、接触等）の心配がなくなる。よって、振動子の小型化に伴う、電極や配線を形成する際の負担を軽減することができる。
【００１８】
また、振動腕の厚みｔは高精度に制御可能であることから、振動子の共振周波数を高精度に調整することもできる。例えば、圧電単結晶（水晶等）から圧電材料板を切り出すときに、圧電材料板の厚みｔを調整することができ、また、圧電材料板を切り出した後の研磨等によっても厚みｔを調整することができる。いずれの場合でも、圧電材料板の表面（第１面）と裏面（第２面）との平行度は高く、また、厚みｔ自体も高精度に制御することができる。
【００１９】
（２）本発明の音叉型振動片の他の態様では、前記振動腕は、所定の結晶面を有する圧電材料板により形成され、前記所定面は、前記所定の結晶面を含む面であり、前記圧電材料板の、前記第１方向の電界によって前記第１方向の歪みを発生させ、前記第３方向の振動を生じさせる。
【００２０】
本態様では、振動片は、圧電材料板の所定結晶面（例えばＺ面）を含む面内に垂直な方向（第３方向）に面外振動する。この面外振動は、圧電材料に備わる、第１方向（振動子の延出方向）の歪みを生じさせる圧電定数（例えば、水晶のＸ軸方向の電界に対しＸ軸方向の歪みＳｘを生じさせる圧電定数ｄ１１）を利用して励振することができる。
【００２１】
（３）本発明の音叉型振動片の他の態様では、前記電極は、前記振動腕における第１面および第２面の少なくとも一方に設けられる櫛歯電極である。
【００２２】
本態様では、櫛歯電極（ＩＤＴ(interdigital transducer)電極）によって、振動腕を面外方向に励振するための、振動腕の延出方向（第１方向）に沿った電界を生じさせることができる。
【００２３】
（４）本発明の音叉型振動片の他の態様では、前記櫛歯電極は、所定距離だけ離れて互いに対向して配置される一対の電極からなる第１対向部分と、前記第１対向部分に隣接して設けられ、かつ、前記所定距離だけ離れて互いに対向して配置される一対の電極からなる第２対向部分と、を有し、前記第１対向部分と前記第２対向部分は、前記振動腕の延出方向である前記第１方向に沿って配置されており、かつ、前記所定距離をＬ１とし、前記第１対向部分と前記第２対向部分との間の距離をＬ２としたときに、Ｌ１＜Ｌ２が成立する。
【００２４】
本態様では、櫛歯電極は、互いに所定距離だけ離間して対向して配置される一対の電極からなる第１対向部分と、この第１対向部分に隣接し、かつ、互いに所定距離だけ離間して対向して配置される一対の電極からなる第２対向部分と、を有する。第１対向部分および第２対向部分の各々において、対向する一対の電極間に電界（有効電界）が生じ、この電界（有効電界）が振動腕に加えられる。一方、第１対向部分の第２対向部分側の電極と、第２対向部分の第１対向部分側の電極との間にも電界（無効電界）が生じる。第１対向部分および第２対向部分の各々において生じる有効電界の方向と、第１対向部分と第２対向部分との間に生じる無効電界の方向が逆である場合、有効電界の一部が無効電界によって打ち消されるという不都合が生じる。
【００２５】
このため、本態様では、第１対向部分および第２対向部分の各々における電極間の距離（Ｌ１）よりも、第１対向部分と第２対向部分との間の距離（Ｌ２：具体的には、第１対向部分の第２対向部分側の電極と第２対向部分の第１対向部分側の電極との間の距離）を大きく設定する。これによって、第１対向部分と第２対向部分との間に生じる無効電界による悪影響（つまり、有効電界の一部が無効電界によって打ち消されること）を軽減することができる。
【００２６】
（５）本発明の音叉型振動片の他の態様では、前記櫛歯電極は、前記第２対向部分に隣接して設けられ、かつ、前記所定距離だけ離れて互いに対向して配置される一対の電極からなる第３対向部分を、さらに有し、前記第１対向部分、前記第２対向部分、前記第３対向部分の順に、前記基部からの距離が大きくなるものとし、かつ、前記第２対向部分と前記第３対向部分との間の距離をＬ３としたとき、Ｌ２＜Ｌ３が成立する。
【００２７】
振動腕に面外振動を生じさせるためには、振動腕の主面（例えば表面および裏面の少なくとも一方）において、収縮（圧縮）や伸張（引っ張り）の応力（歪み）を生じさせる必要がある。振動腕は、固定端である基部を基準として面外方向に振動することから、振動腕の屈曲に最も有効な歪みは、基部に近い箇所における歪みである。基部から遠い箇所（先端付近）の歪みは振動腕の屈曲に与える影響が小さい。
【００２８】
この考察に基づいて、本態様では、櫛歯電極に含まれる３つの対向部分の各々間の間隔を、基部からの距離に応じて変化させる。つまり、第１対向部分と第２対向部分との間の間隔（Ｌ２）よりも、第２対向部分と第３対向部分との間隔（Ｌ３）を大きく設定する。このようにすれば、振動腕の延出方向に沿って配置される対向部分の数を、各対向部分を等間隔で配置する場合に比べて減少させることができる。このことは、振動腕に発生する電界の総量が減ることを意味し、よって、消費電力の削減の効果が得られる。一方、基部から遠い箇所における電界が減少したとしても、その電界が振動腕の屈曲に寄与する程度は小さいことから、振動腕には、必要な振幅の駆動振動を生じさせることができる。
【００２９】
（６）本発明の音叉型振動片の他の態様では、前記振動腕の前記第１面および前記第２面の少なくとも一方には凸部が設けられ、前記凸部は、前記第１方向に所定の厚みを有し、前記凸部を挟むように、前記櫛歯電極を構成する一対の電極が設けられる。
【００３０】
この構造によれば、無駄な電界が減少することから、対向する電極間に生じる電界の強度を大きくすることができる。よって、より効率的に面外振動を励振することができる。また、各対向部分間に生じる無効な電界は、空気の誘電率が、振動腕の材料（水晶や石英）等の誘電率よりも小さいことから弱められる。よって、無効電界によって有効電界が打ち消されることが効果的に低減される。この点も効率的な面外振動の励振に寄与する。
【００３１】
（７）本発明の音叉型振動片の他の態様では、前記振動腕として、前記基部から前記第１方向に延出する、ｎ本（ｎは２以上の自然数）の振動腕が設けられる。
【００３２】
複数本の振動腕を設けて、各振動腕を、例えば力学的なバランスがとれるように振動させることによって、振動腕の面外振動をより安定化することができる。
【００３３】
（８）本発明の音叉型振動片の他の態様では、前記ｎ本の振動腕として、ｍ本（ｍは３以上の奇数）の振動腕が設けられ、前記ｍ本の振動腕の各々を、第１振動腕〜第ｍ振動腕とし、第１振動腕〜第ｍ振動腕は、ｍの値が小さい順に、前記第２方向に並んで配置され、前記ｍ本の振動腕は３つの振動腕群に区分され、第１振動腕から第（ｍ／３）振動腕までを第１群の振動腕とし、第｛（ｍ／３）＋１｝振動腕から第｛（２ｍ／３）｝振動腕までを第２群の振動腕とし、第｛（２ｍ／３）＋１｝振動腕から第ｍ振動腕までを第３群の振動腕とし、また、前記第３方向は、正の第３方向と、前記正の第３方向とは逆向きの負の第３方向と、を含み、前記第１群の振動腕および前記第３群の振動腕の各々が、前記正の第３方向に変位しているとき、前記第２群の振動腕は、前記負の第３方向に変位し、前記第１群の振動腕および前記第３群の振動腕の各々が、前記負の第３方向に変位しているとき、前記第２群の振動腕は、前記正の第３方向に変位する。
【００３４】
本態様では、ウォークモードで振動する振動腕を奇数本、設ける（つまり、ｍ本（ｍは３以上の奇数）設ける）。ウォークモードの振動を安定して持続させるためには、振動腕のウォークモード振動が基部に漏れることを抑制するのが好ましい。音叉型振動片の基部は、例えばベース部材（パッケージの一部を構成する部材等）に、例えば接着剤によって固定される。振動腕が、振動腕の厚さ方向に振動するウォークモードを採用すると、その振動が、振動腕から基部に漏れて振動が乱れ、接着剤の剥離が生じる等の不都合が生じることも有り得る。このような事態が生じないようにするためには、奇数本（奇数群）の振動腕を平行に配設して、各振動腕のうちの両端の振動腕（両端の振動腕群）を同相で振動させ、中央の振動腕（中央の振動腕群）を逆相で振動させるのが好ましい。このような構成を採用すると、音叉型振動片の振動腕の振動は、平面視で、振動腕の幅方向（第２方向：例えば左右方向）に力学的なバランスがとれており、かつ、振動腕の厚さ方向（振動方向である第３方向：例えば上下方向）の力学的なバランスもとれており、よって、各振動腕を支持する基部に過度の負担がかからず、振動の漏れが抑制される。
【００３５】
つまり、第２方向に沿って順に配置された第１群、第２群、第３群の振動腕を設けた場合を想定する。第１群と第３群の振動腕の第２領域が正の第３方向に変位するとき、中央の第２群の振動腕の第２領域は負の第３方向に変位する。この場合、両端の群である第１群と第３群は同相で変位するため、平面視で、第２方向（左右方向）のバランスがとれる。また、第１群および第３群と、第２群とは逆相で変位するため、各群の第３方向（振動方向）の変位による応力（各群の振動腕を支持する基部にかかる応力）が相殺され、よって、振動方向（上下方向）のバランスも確保される。
【００３６】
（９）本発明の振動子の一態様は、上記いずれかの音叉型振動片と、前記音叉型振動片を収容する収容体と、を含む。
【００３７】
これによって、小型で、高精度の発振が可能な振動子を実現することができる。
【００３８】
（１０）本発明の音叉型振動片の他の態様では、前記音叉型振動片は、前記基部として、第１基部と第２基部とが設けられ、かつ、前記振動腕の一端が前記第１基部に連結され、前記振動腕の他端が前記第２基部に連結される、双音叉型振動片である。
【００３９】
本態様の振動片は、両端が基部に支持される双音叉型の振動片である。この双音叉型振動片は、例えば、加速度センサーや圧力センサーの構成要素として用いることができる。
【００４０】
（１１）本発明の音叉型振動片の他の態様では、前記振動腕は、前記第１方向に順に並ぶ第１領域、第２領域および第３領域と、前記第１領域と前記第２領域との間に設けられる第１節領域と、前記第２領域と前記第３領域との間に設けられる第２節領域と、を有し、前記振動腕の前記第１面または前記第２面における前記第１領域および前記第３領域に収縮応力が生じるときは、前記振動腕の前記第１面または前記第２面における前記第２領域には伸張応力が生じ、前記振動腕の前記第１面または第２面における前記第１領域および前記第３領域に伸張応力が生じるときは、前記振動腕の前記第１面または前記第２面における前記第２領域には収縮応力が生じる。
【００４１】
本態様では、振動腕を厚み方向（第３方向）に、バランスよく振動させるために、１本の振動腕は、第１領域、第２領域、第３領域に区分され、第１領域と第２領域との間には第１節領域が設けられ、第２領域と第３領域との間には第２節領域が設けられる。第１節領域および第２節領域の各々は、振動の節を含む。振動の節は、具体的には、振動腕の変位を２次の微分係数として求めた際に、２次微分係数が０となる点である。そして、振動腕の、例えば第１面の第１領域と第３領域にて収縮が生じるときは第２領域で伸張が生じ、同様に、第１領域と第３領域にて伸張が生じるときは第２領域で収縮が生じるようにする。これによって、安定した共振振動を実現することができる。
【００４２】
（１２）本発明の音叉型振動片の他の態様では、前記振動腕として、ｎ本（ｎは２以上の自然数）の振動腕が設けられる。
【００４３】
複数本の振動腕を設けて、各振動腕を、例えば力学的なバランスがとれるように振動させることによって、双音叉型振動片における振動腕に、より安定した面外振動を励振することができる。
【００４４】
（１３）本発明の音叉型振動片の他の態様では、前記ｎ本の振動腕として、ｍ本（ｍは３以上の奇数）の振動腕が設けられ、前記ｍ本の振動腕の各々を、第１振動腕〜第ｍ振動腕とし、第１振動腕〜第ｍ振動腕は、ｍの値が小さい順に、前記第２方向に並んで配置され、前記ｍ本の振動腕は３つの振動腕群に区分され、第１振動腕から第（ｍ／３）振動腕までを第１群の振動腕とし、第｛（ｍ／３）＋１｝振動腕から第｛（２ｍ／３）｝振動腕までを第２群の振動腕とし、第｛（２ｍ／３）＋１｝振動腕から第ｍ振動腕までを第３群の振動腕とし、また、前記第３方向は、正の第３方向と、前記正の第３方向とは逆向きの負の第３方向と、を含み、前記第１群の振動腕および前記第３群の振動腕の各々における、前記第１面または前記第２面の前記第１領域および前記第３領域に収縮応力が生じ、かつ前記第２領域に伸張応力が生じているときには、前記第２群の振動腕における前記第１面または前記第２面の、前記第１領域および前記第３領域には伸張応力が生じ、かつ前記第２領域には収縮応力が生じ、前記第１群の振動腕および前記第３群の振動腕の各々における、前記第１面または前記第２面の前記第１領域および前記第３領域に伸張応力が生じ、かつ前記第２領域に収縮応力が生じているときには、前記第２群の振動腕における前記第１面または前記第２面の前記第１領域および前記第３領域には収縮応力が生じ、かつ前記第２領域には伸張応力が生じる。
【００４５】
本態様では、双音叉型振動片において、奇数本の振動腕を設ける。上記（８）の態様と同様に、本態様における双音叉型振動片の振動腕の振動は、平面視で、振動腕の幅方向（第２方向：例えば左右方向）に力学的なバランスがとれており、かつ、振動腕の厚さ方向（振動方向である第３方向：例えば上下方向）の力学的なバランスもとれている。よって、各振動腕を支持する基部に過度の負担がかからず、振動の漏れが抑制される。
【００４６】
（１４）本発明のセンサー装置の一態様は、測定対象の物理量の変化に応じて変位が生じる弾性部、あるいは前記弾性部に連結される質量部と、少なくとも一つの基部が、前記弾性部あるいは前記質量部に接続され、前記弾性部または前記質量部の変位によって、振動腕に前記振動腕の延出方向の伸縮が生じる、上記（１０）から（１３）のいずれかに記載の音叉型振動片と、前記音叉型振動片を収容する収容体と、を含む。
【００４７】
これによって、小型で、高精度の発振が可能な振動子を使用した、小型かつ高精度なセンサー（圧力センサーや加速度センサー等）を実現することができる。例えば、弾性部であるダイヤフラムに双音叉型振動片を固定することによって圧力センサーを形成することができる。また、質量部（錘部）に双音叉型振動片の一端を固定することによって加速度センサーを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１（Ａ）〜図１（Ｄ）は、第１実施形態にかかる音叉型振動片の構成と動作の一例を説明するための図
【図２】図２（Ａ）、図２（Ｂ）および図２（Ｃ）は櫛歯電極の構成の例を示す図
【図３】振動腕における面外振動の励振について説明するための図
【図４】櫛歯電極の他の構成例を示す図
【図５】櫛歯電極の他の例を示す図
【図６】図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、奇数本（ここでは３本）の振動腕を設けた例を示す図
【図７】音叉型振動片を用いた振動子の製造工程の一例を示す図
【図８】図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、双音叉型振動片における面外振動、ならびに双音叉振動片における電極配置例について説明するための図
【図９】図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、双音叉型振動片の構成例を示す図
【図１０】図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）は、３本の振動腕を有する双音叉型振動片における電極ならびに配線の配置例を示す図
【図１１】図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）は、双音叉型振動片を用いた加速度センサー素子および加速度センサー装置の構造の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００５０】
（第１実施形態）
（面外振動を利用した振動片の構造例および動作例）
図１（Ａ）〜図１（Ｄ）は、第１実施形態にかかる音叉型振動片の構成と動作の一例を説明するための図である。図１（Ａ）に示されるように、音叉型振動片１００は、基部１０と、基部から、所定面内（ＸＹ面内）で第１方向（Ｘ軸方向）に延出する振動腕２０と、を有する。
【００５１】
音叉型振動片１００は、例えば所定面を有する圧電材料板により形成される。具体的には、例えば、水晶結晶のＺ板（略Ｚ板を含む）を使用して形成される。上記の所定面（ＸＹ面）は、例えば圧電材料板の所定結晶面（例えば水晶のＺ面）を含む面である。以下、水晶のＺ板を用いる場合を例にとって説明する。
【００５２】
振動腕２０は、所定面内で第１方向（Ｘ軸方向）に垂直な第２方向（Ｙ軸方向）に所定幅ｗを有し、かつ、第１方向（Ｘ軸方向）および第２方向（Ｙ軸方向）の各々に垂直な方向であって上述の所定面に垂直な第３方向（Ｚ軸方向）に所定厚みｔを有する。そして、振動腕２０における第２方向の所定幅ｗならびに第３方向の所定厚みｔに関して、ｗ＞ｔなる関係が成立する。
【００５３】
振動腕２０は、第３方向（Ｚ軸方向:具体的には＋Ｚ軸方向と−Ｚ軸方向）に振動する。つまり、振動腕２０は、所定面に垂直な方向に面外振動する。この面外振動は、圧電材料としての水晶が有する、第１方向（Ｘ軸方向）の電界に対しＸ軸方向の歪みＳｘを生じさせる圧電定数ｄ１１を利用して励振される。
【００５４】
図1（Ｂ）は、水晶板の圧電定数と電界と歪みの関係を示す図である。図１（Ｂ）に示すように、第１方向（Ｘ軸方向）の電界Ｅｘに関して、第１方向（Ｘ軸方向）の歪みＳｘを生じさせる圧電定数ｄ１１（＋２．３０８５０８２３）と、第２方向（Ｙ軸方向）の歪みＳｙを生じさせる圧電定数ｄ１２（−２．３０８５０８２３）とを有している。歪みＳｘに対応する圧電定数ｄ１１の符号は＋であることから、正の第１方向（＋Ｘ軸方向）に電界＋Ｅｘが生じたときに、伸張応力（引っ張り応力）が生じる。歪みＳｘに対応する圧電定数ｄ１１の値は十分に大きいことから、この圧電定数ｄ１１を利用して振動腕２０に、所望の面外振動を励振させることができる。
【００５５】
図１（Ｃ）は、音叉型振動片の平面視における形状（正の第３方向から見た振動腕の形状）を示している。また、図１（Ｄ）は、図１（Ｃ）のＡ−Ａ線に沿う音叉型振動片の断面図である。
【００５６】
振動腕２０に面外振動を励振するためには、第１方向（Ｘ軸方向）の電界Ｅｘを振動腕２０の、一対の主面（表面としての第１面、裏面としての第２面）のうちの少なくとも一方において生じさせ、振動腕２０に伸張応力（引っ張り応力）および収縮応力（圧縮応力）を、交互に生じさせる必要がある。本実施形態では、第１方向の電界Ｅｘを生じさせるために、櫛歯電極（ＩＤＴ(interdigital transducer)電極）を使用する。振動腕２０の、対向する一対の主面（表面としての第１面、裏面としての第２面）のうちの少なくとも一方には、櫛歯電極が設けられることになる。
【００５７】
図１（Ｃ）および図１（Ｄ）の例では、振動腕２０の第１面（表面）および第２面（裏面）の各々に櫛歯電極が設けられている。図１（Ｃ）に示すように、振動腕２０の第１面（表面）に設けられている櫛歯電極は、第１電極４１ａと第２電極４１ｂとを有する。第１電極４１ａと第２電極４１ｂは、所定間隔で互いに対向する対向電極部分（交差指電極部分）を有している。
【００５８】
また、図１（Ｄ）に示すように、振動腕２０の第２面（裏面）に設けられている櫛歯電極は、第１電極４１ｃと第２電極４１ｄとを有する。図１（Ｄ）では図示されないが、第１電極４１ｃと第２電極４１ｄも、所定間隔で互いに対向する対向電極部分（交差指電極部分）を有している。
【００５９】
なお、表面の櫛歯電極における第１電極４１ａと、裏面の櫛歯電極における第１電極４１ｃとは、例えば、基部１０に設けられるスルーホール（不図示）を経由して接続され、その共通接続点に、基部１０に設けられるボンディングパッド等の第１外部接続端子（不図示）から引き出された配線が接続される。表面の櫛歯電極における第２電極４１ｂと、裏面の櫛歯電極における第１電極４１ｄも同様に、例えば、基部１０に設けられるスルーホールを経由して電気的に接続され、かつ、その共通接続点には、基部１０に設けられるボンディングパッド等の第２外部接続端子から引き出される配線が接続される。第１外部接続端子および第２外部接続端子の各々には、所定の電圧が供給される。これによって、第１電極と第２電極との間に、振動腕２０の面外振動を生じさせるための電界（Ｅｘ１，Ｅｘ２）が生じる。
【００６０】
また、図１（Ｄ）に示すように、振動腕２０の第１面（表面）に設けられている櫛歯電極（４１ａ，４１ｂ）によって生じる電界Ｅｘ１と、振動腕２０の第２面（裏面）に設けられている櫛歯電極（４１ｃ，４１ｄ）によって生じる電界Ｅｘ２の向きは逆向きである。よって、図１（Ｄ）の例では、第１面（表面）において伸張応力が生じ、第２面（裏面）では圧縮応力が生じる。電界Ｅｘ１および電界Ｅｘ２の各々の向きが逆転すれば、第１面（表面）において圧縮応力が生じ、第２面（裏面）では伸張応力が生じる。これによって、振動腕２０を、第３方向（Ｚ方向）に振動させることができる。
【００６１】
このように、本実施形態では、振動腕は、所定面に垂直な第３方向（面外方向：振動腕の厚み方向）に振動する。つまり、振動腕２０に、ウォークモードの振動が励振される。この場合の振動片（振動子）の共振周波数は、下記（２）式で表される。
【００６２】
【数３】
2011191091.tif 000005
【００６３】
上記（３）式から明らかなように、共振周波数ｆｎを一定に保つことを条件として振動腕２０の腕長ｌを縮小した場合には、振動腕２０の厚みｔを小さくすればよい。これによって、無理のない振動腕のダウンサイジングが実現される。つまり、振動腕２０を面外振動させることによって、振動片（振動子）の共振周波数を一定に保ちつつ、振動片（振動子）をダウンサイジングする場合の主要設計パラメータが、腕幅ｗから腕の厚みｔに変更される。ここで、振動腕の厚みｔは、例えば、振動片を構成する圧電材料板の厚みを調整することによって高精度に制御することができる。
【００６４】
一方、振動腕の腕幅ｗは、腕長ｌのスケールダウンに対応して縮小する必要はなくなり、よって、振動腕の腕幅ｗは、例えば、電極や配線を信頼性高く形成することができる程度の幅に維持することができる。よって、本実施形態では、振動腕２０の幅（腕幅）ｗ＞振動腕の厚みｔが成立する。
【００６５】
振動腕２０の腕幅を適切な大きさに設定することができることから、配線や電極の形成不良（断線、接触等）の心配がなくなり、振動片（振動子）の小型化に伴う、電極や配線を形成する際の負担を軽減することができる。
【００６６】
また、振動腕の厚みｔは高精度に制御可能であることから、振動子の共振周波数を高精度に調整することもできる。例えば、圧電単結晶（水晶等）から圧電材料板を切り出すときに、圧電材料板の厚みｔを調整することができ、また、圧電材料板を切り出した後の研磨等によっても厚みｔを調整することができる。いずれの場合でも、圧電材料板の表面（第１面）と裏面（第２面）との平行度は高く、また、厚みｔ自体も高精度に制御することができる。このことは、高精度かつ超小型の振動子を実現することに寄与する。
【００６７】
（櫛歯電極の構成例）
図２（Ａ）、図２（Ｂ）および図２（Ｃ）は櫛歯電極の構成の例を示す図である。図２（Ａ）は平面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図２Ａおよび図２（Ｂ）に示されるように、振動腕２０の第１面（表面）には櫛歯電極（４１ａと４１ｂ）が設けられ、振動腕２０の第２面（裏面）には櫛歯電極（４１ｃと４１ｄ）が設けられる。櫛歯電極の形状は、特殊な形状ではないため、形成が容易である。また、サイズを縮小した場合でも、無効電界が支配的になるような不都合が生じないという利点がある。
【００６８】
ここで、図２（Ｂ）を参照する。第１面（表面）に設けられる櫛歯電極は、所定距離Ｌ１だけ離れて互いに対向して配置される一対の電極（第１電極４１ａと第２電極４１ｂ）からなる第１対向部分４２（１）と、第１対向部分４２（１）に隣接して設けられ、かつ、所定距離Ｌ１だけ離れて互いに対向して配置される一対の電極（４１ａ，４１ｂ）からなる第２対向部分４２（２）と、第２対向部分４２（２）に隣接して設けられ、かつ、所定距離Ｌ１だけ離れて互いに対向して配置される一対の電極（４１ａ，４１ｂ）からなる第３向部分４２（３）と、を有している。
【００６９】
第１対向部分（第１対向電極部分または第１交差指電極ということもできる）４１（１）と、第２対向部分（第２対向電極部分または第２交差指電極ということもできる）４１（２）と、第３対向部分（第３対向電極部分または第３交差指電極ということもできる）４１（３）の各々は、振動腕２０の延出方向である第１方向（Ｘ軸方向）に沿って配置されている。また、第１対向部分４２（１）と第２対向部分４２（２）との間の距離（あるいは、第２対向部分４２（２）と第３対向部分４２（３）との間の距離）をＬ２としたとき、Ｌ１＜Ｌ２が成立する。
【００７０】
第２面（裏面）に設けられる櫛歯電極（一対の電極４１ｃと４１ｄを有する）も、同様に、第１対向部分４２（１）’と、第２対向部分４２（２）’と、第３対向部分４２（３）’と、を有する。第２面（裏面）に設けられる櫛歯電極についても、Ｌ１＜Ｌ２が成立する。
【００７１】
Ｌ１＜Ｌ２とするのは、以下の理由による。以下の説明では、第１対向部分４２（１）および第２対向部分４２（２）に着目する。第１対向部分４２（１）および第２対向部分４２（２）の各々において、対向する一対の電極（４１ａ，４１ｂ）間に電界（有効電界）Ｅｘ（１）が生じ、この電界（有効電界）Ｅｘ（１）が振動腕２０に加えられ、振動腕２０に圧縮または伸張（引っ張り）の各応力が生じる。
【００７２】
一方、第１対向部分４２（１）における第２対向部分側の電極４１ｂと、第２対向部分４２（２）の第１対向部分側の電極４１ａとの間にも電界（無効電界）Ｅｘ（２）が生じる。第１対向部分４２（１）および第２対向部分４２（２）の各々において生じる有効電界の方向Ｅｘ（１）と、第１対向部分４２（１）と第２対向部分４２（２）との間に生じる無効電界Ｅｘ（２）の方向が逆である場合、有効電界Ｅｘ（１）の一部が無効電界Ｅｘ（２）によって打ち消されるという不都合が生じる。
【００７３】
このため、図２（Ｂ）に示される例では、第１対向部分４２（１）および第２対向部分４２（２）の各々における電極間の距離Ｌ１よりも、第１対向部分４２（１）と第２対向部分４２（２）との間の距離（Ｌ２：具体的には、第１対向部分の第２対向部分側の電極４１ｂと第２対向部分の第１対向部分側の電極４１ａとの間の距離）を大きく設定する。これによって、第１対向部分４２（１）と第２対向部分４２（２）との間に生じる無効電界Ｅｘ（２）による悪影響（つまり、有効電界Ｅｘ（１）の一部が無効電界Ｅｘ（２）によって打ち消されること）を軽減することができる。
【００７４】
なお、図２（Ｂ）に示される櫛歯電極の配置は一例であり、これに限定されるものではない。ここで、図２（Ｃ）を参照する。図２（Ｃ）は、櫛歯電極の配置の他の例を示している。
【００７５】
図２（Ｃ）の例では、振動腕２０の第１面（Ａ面）に設けられる一対の櫛歯電極のうちの一方の電極４１ｂ（黒塗りの電極）と、振動腕２０の第２面（Ｂ面）に設けられる一対の櫛歯電極のうちの一方の電極４１ｄ（黒塗りの電極：電極４１ｂと同電位の電極）とが、対向して設けられている。
【００７６】
例えば、電極４１ｂおよび電極４１ｄ（黒塗りの電極）の電位極性を＋とし、電極４１ａおよび電極４１ｃ（斜線の電極）の電位極性を−とする。第１面（Ａ面）に設けられる櫛歯電極の極性の並びは、電極４１ｂを起点として、基部（図中の左端）から遠ざかる方向に沿って、＋，−，＋，−，＋となる。また、第２面（Ｂ面）に設けられる櫛歯電極の極性の並びは、電極４１ｂに対向する電極４１ｄを起点として、基部（図中の左端）から遠ざかる方向に沿って、＋，−，＋，−，＋，−となる。このように、互いに対向する電極を起点として考えると、第１面（Ａ面）の櫛歯電極の極性の並びと、第２面（Ｂ面）の櫛歯電極の極性の並びとが一致していることになる。
【００７７】
このような電極配置によって、第１面（Ａ面）と第２面（Ｂ面）との間で、無駄な縦方向の電界が生じにくくなる。よって、振動腕２０に無用な歪みが生じることが抑制される。また、無駄な電界が減少することから、消費電力を抑制することもできる。
【００７８】
図３は、振動腕における面外振動の励振について説明するための図である。図３の上側には振動腕２０の平面図が示され、中段には振動腕のＡ−Ａ線に沿う断面図が示され、下側には面外方向に振動している振動腕の様子が示されている。図示されるように、櫛歯電極による第１方向（Ｘ軸方向）の電界Ｅｘによって、振動腕の第１面（Ａ面）および第２面（Ｂ面）に歪み（応力）が発生する。第１面（Ａ）面に収縮応力が発生し、第２面に伸張（引っ張り）応力が発生する場合には、振動腕２０は、正の第３方向（＋Ｚ方向）に屈曲する。一方、第１面（Ａ）面に伸張（引っ張り）応力が発生し、第２面に収縮応力が発生する場合には、振動腕２０は、負の第３方向（−Ｚ方向）に屈曲する。正の第３方向（＋Ｚ方向）への屈曲と、負の第３方向（−Ｚ方向）への屈曲は交互に生じる。よって、第３方向（ＸＹ平面に垂直なＺ方向）の駆動振動（面外振動あるいはウォークモードの振動）が定常的に生じる。
【００７９】
図４は、櫛歯電極の他の構成例を示す図である。先に説明した図２（Ｂ）の例では、櫛歯電極における、各対向部分間の距離は等間隔であったが、図４の例では、各対向部分間の距離を、基部１０からの距離に応じて異ならせる。
【００８０】
図４において、櫛歯電極の第１対向部分４２（１）、第２対向部分４２（２）、第３対向部分（４２（３）の各々は、記載の順に、基部１０からの距離が遠くなる。そして、第１対向部分４２（１）と第２対向部分４２（２）との間隔をＬ２とし、第２対向部分４２（２）と第３対向部分４２（３）との間の距離をＬ３としたとき、Ｌ２＜Ｌ３が成立する。この理由は以下のとおりである。
【００８１】
振動腕２０に駆動振動（面外振動）を生じさせるためには、振動腕２０の主面（例えば表面および裏面の少なくとも一方）において、圧縮や伸張（引っ張り）の歪み（応力）を生じさせる必要がある。振動腕２０は、固定端である基部１０を基準として面外方向に振動することから、振動腕の屈曲に最も有効な歪みは、基部１０に近い箇所における歪みである。基部から遠い箇所（先端付近）の歪みは振動腕の屈曲に与える影響が小さい。
【００８２】
この考察に基づいて、本実施形態では、櫛歯電極に含まれる３つの対向部分の各々間の間隔を、基部からの距離に応じて変化させる。つまり、第１対向部分４２（１）と第２対向部分２（２）との間の間隔Ｌ２よりも、第２対向部分４２（２）と第３対向部分４２（３）との間隔Ｌ３を大きく設定する。
【００８３】
図４の例では、第１地点Ｎ１〜第２地点Ｎ２までの距離をＬ４としたとき、第２地点Ｎ２から第３地点Ｎ３までの距離Ｌ５が、２・Ｌ４となるように設定されている。このようにすれば、振動腕２０の延出方向に沿って配置される対向部分の数を、各対向部分を等間隔で配置する場合に比べて減少させることができる（特に、振動腕が長い場合には、対向部分の数の削減効果が顕在化する）。このことは、振動腕２０に発生する電界の総量が減ることを意味し、よって、消費電力の削減の効果が得られる。一方、基部１０から遠い箇所における電界が減少したとしても、その電界が振動腕の屈曲に寄与する程度は小さいことから、振動腕２０には、必要な振幅の駆動振動を生じさせることができる。
【００８４】
図５は、櫛歯電極の他の例を示す図である。図５の上側には、振動腕２０の平面図が示され、下側には、振動腕２０のＡ−Ａ線に沿う断面図が示される。
【００８５】
図５の下側の断面図に示されるように、振動腕２０の第１面（表面）には、凸部６０ａ〜６０ｃが設けられている。そして櫛歯電極を構成する、対向する一対の電極４１ａおよび４１ｂは、凸部６０ａ〜６０ｃの各々を挟むように形成されている。同様に、振動腕２０の第２面（裏面）には、凸部６０ａ’〜６０ｃ’が設けられている。そして、櫛歯電極を構成する、対向する一対の電極４１ｃおよび４１ｄは、凸部６０ａ’〜６０ｃ’の各々を挟むように形成されている。
【００８６】
この構造によれば、無駄な電界が減少することから、対向する電極（４１ａと４１ｂ、４１ｃと４１ｄ）間に生じる電界Ｅｘの強度を大きくすることができる。よって、より効率的に駆動振動を励振することができる。また、各対向部分間に生じる無効な電界（図中、点線で示される）は、空気（減圧パッケージ内では例えば真空に近い）の誘電率が、振動腕の材料（水晶や石英）等の誘電率よりも小さいことから弱められる。よって、無効電界によって有効電界が打ち消されることが効果的に低減される。この点も効率的な面外振動の励振に寄与する。このことは、振動子の低消費電力化に寄与する。
【００８７】
（第２実施形態）
本実施形態では、基部１０から第１方向（Ｘ軸方向）に延出する、複数本（つまりｎ本（ｎは２以上の自然数））の振動腕を設ける。複数本の振動腕を設けて、各振動腕を、例えば力学的なバランスがとれるように振動させることによって、振動腕の面外振動をより安定化することができる。
【００８８】
図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、奇数本（ここでは３本）の振動腕を設けた例を示す図である。図６（Ａ）は平面図であり、図６（Ｂ）は、斜視図である。
【００８９】
図６（Ａ）に示すように、基部１０から第１方向（Ｘ軸方向）に延出する３本の振動腕（第１振動腕２０ａ，第２振動腕２０ｂ，第３振動腕２０ｃ）が設けられており、また、各振動腕２０ａ〜２０ｃの第１面（表面）および第２面（裏面）の少なくとも一方（好ましくは双方）には、第１方向の電界を形成するための電極（例えば櫛歯電極）が形成されている。
【００９０】
第１振動腕２０ａの第１面（表面）に形成されている櫛歯電極は、第１電極４１ａ（１）と、第２電極４１ｂ（１）と、を有する。第２振動腕２０ｂの第１面（表面）に形成されている櫛歯電極は、第１電極４１ａ（２）と、第２電極４１ｂ（２）と、を有する。第３振動腕２０ｃの第１面（表面）に形成されている櫛歯電極は、第１電極４１ａ（３）と、第２電極４１ｂ（３）と、を有する。ここで注目すべきは、第２振動腕２０ｂにおける電極配置が、他の振動腕（第１振動腕２０ａおよび第３振動腕２０ｃ）の電極配置とは逆になっていることである。つまり、第２振動腕２０ｂにおける櫛歯電極の対向部分に生じる電界の向きは、他の振動腕（第１振動腕２０ａおよび第３振動腕２０ｃ）における櫛歯電極の対向部分に生じる電界の向きとは逆になる。
【００９１】
したがって、図６（Ｂ）に示すように、第１振動腕２０ａと第３振動腕２０ｃは、面外振動における変位の向きが同じ（同相振動）であり、第２振動腕２０ｂは、面外振動における変位の向きが逆（逆相振動）となる。
【００９２】
このような構成を採用すると、音叉型振動片の第１振動腕２０ａ〜第３振動腕２０ｃの各々の振動は、平面視で、振動腕の幅方向（第２方向）に力学的なバランスがとれており、かつ、振動腕の厚さ方向（振動方向である第３方向）の力学的なバランスもとれており、よって、各振動腕を支持する基部１０に過度の負担がかからず、基部を経由した振動の漏れが抑制される。
【００９３】
つまり、本実施形態のように、ウォークモードで振動する振動腕を奇数本、設ける例において、ウォークモードの振動を安定して持続させるためには、各振動腕（２０ａ〜２０ｃ）のウォークモード振動が基部１０を経由して、基部１０を支持する支持体に漏れることを抑制するのが好ましい。音叉型振動片の基部１０は、例えばベース部材（パッケージの一部を構成する部材等）に、例えば接着剤によって固定される。各振動腕（２０ａ〜２０ｃ）が、各振動腕（２０ａ〜２０ｃ）の厚さｔ方向に振動するウォークモードを採用した場合には、その振動が、各振動腕（２０ａ〜２０ｃ）から基部１０に漏れて振動が乱れ、接着剤の剥離が生じる等の不都合が生じることも有り得る。このような事態が生じないようにするためには、奇数本の振動腕を平行に配設して、各振動腕のうちの両端の振動腕（両端の振動腕）を同相で振動させ、中央の振動腕（中央の振動腕）を逆相で振動させるのが好ましい。
【００９４】
以上の説明では振動腕の数が３本の場合について説明したが、広義には、振動腕の数は６本、９本・・・とすることができる。つまり、広義には、「ｎ本の振動腕として、ｍ本（ｍは３以上の奇数）の振動腕が設けられ、ｎ本の振動腕の各々を、第１振動腕〜第ｍ振動腕とし、第１振動腕〜第ｍ振動腕は、ｍの値が小さい順に、第２方向（Ｙ軸方向）に並んで配置され、ｍ本の振動腕は３つの振動腕群に区分され、第１振動腕から第（ｍ／３）振動腕までを第１群の振動腕とし、第｛（ｍ／３）＋１｝振動腕から第｛（２ｍ／３）｝振動腕までを第２群の振動腕とし、第｛（２ｍ／３）＋１｝振動腕から第ｍ振動腕までを第３群の振動腕とし、また、第３方向は、正の第３方向（＋Ｚ軸方向）と、正の第３方向とは逆向きの負の第３方向（−Ｚ軸方向）と、を含み、第１群の振動腕および第３群の振動腕の各々が、正の第３方向に変位しているとき、第２群の振動腕は、負の第３方向に変位し、第１群の振動腕および第３群の振動腕の各々が、負の第３方向に変位しているとき、第２群の振動腕は、正の第３方向に変位する」と、表現することができる。
【００９５】
奇数群の振動腕を平行に配設した場合において、振動腕の機械的なバランスを考慮して、各振動腕のうちの両端の振動腕群を同相で振動させ、中央の振動腕群を逆相で振動させるのが好ましい。このような構成を採用すると、音叉型振動片の振動腕の振動は、平面視で、各振動腕の幅方向（第２方向）に力学的なバランスがとれており、かつ、各振動腕の厚さ方向（振動方向である第３方向）の力学的なバランスもとれており、よって、各振動腕を支持する基部に過度の負担がかからず、振動の漏れが抑制される。
【００９６】
つまり、第２方向に沿って順に配置された第１群、第２群、第３群の振動腕を設けた場合を想定する。第１群と第３群の振動腕の第２領域が正の第３方向に変位するとき、中央の第２群の振動腕の第２領域は負の第３方向に変位する。この場合、両端の群である第１群と第３群は同相で変位するため、平面視で、第２方向（左右方向）のバランスがとれる。また、第１群および第３群と、第２群とは逆相で変位するため、各群の第３方向（振動方向）の変位による応力（各群の振動腕を支持する基部にかかる応力）が相殺され、よって、振動方向（上下方向）のバランスも確保される。
【００９７】
（第３実施形態）
図７は、音叉型振動片を用いた振動子の製造工程の一例を示す図である。なお、図７の例において使用されている音叉型振動片１００は、基部１０と、２本の振動腕２０ａ，２０ｂとを有する。また、プラグ３０は、内部端子３１および外部端子３３を有する。
【００９８】
マウント工程では、音叉型振動片１００の基部１０に、プラグ３０の内部端子３１を半田付けする。次の周波数調整工程では、音叉型振動片１００の共振周波数の調整が実行される。次の封止工程では、真空チャンバー内で、ケース３５にプラグ３０を封入する。ケース３５とプラグ３０は封止体（気密パッケージ）を構成する。検査工程を経て、振動子１が完成する。
【００９９】
（第４実施形態）
本実施形態では、音叉型振動片として、双音叉型振動片（振動腕を両側で支持する構造をもつ振動片）を用いる。双音叉型振動片においても、前掲の実施形態と同じく、ウォークモードの振動を励振することができる。但し、双音叉振動片の場合、振動腕が両側で支持されていることから、振動腕の片側だけが支持される単音叉型振動片とは、振動腕の振動姿態が異なる。また、双音叉振動片において、効率的なウォークモード振動（面外振動）を励振するという観点から、適切な電極配置を採用することが望まれる。以下、図８〜図１０を用いて具体的に説明する。
【０１００】
図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、双音叉型振動片における面外振動、ならびに双音叉振動片における電極配置例について説明するための図である。図８（Ａ）は振動腕２０の振動姿態を示し、図８（Ｂ）における左側の図は、双音叉振動片の平面図であり、右側の図は、その双音叉振動片の振動姿態を示す図である。
【０１０１】
図８（Ｂ）に示されるように、双音叉型振動片１０１は、基部として、第１基部１０ａと第２基部１０ｂとを有する。振動腕２０の一端は第１基部１０ａに連結され、振動腕２０の他端は第２基部１０ｂに連結される。双音叉型振動片１０１は、例えば、加速度センサーや圧力センサーの構成要素として用いることができる。
【０１０２】
図８（Ａ）に示されるように、一本の振動腕２０（幅ｗ，厚みｔ（＜ｗ））は、第１領域ＺＡと、第２領域ＺＢと、第３領域ＺＣと、第１領域ＺＡと第２領域ＺＢとの間に設けられる第１節領域Ｑａｂと、第２領域ＺＢと第３領域ＺＣとの間に設けられる第２節領域Ｑｂｃと、に区分される。そして、振動腕２０の第１面（表面）または第２面（裏面）における第１領域ＺＡおよび第３領域ＺＣに収縮応力が生じるときは、振動腕２０の第１面（表面）または第２面（裏面）における第２領域ＺＢには伸張応力が生じる。図８（Ａ）において、応力は矢印で示されている。また、振動腕２０の第１面（表面）または第２面（裏面）における第１領域ＺＡおよび第３領域ＺＣに伸張応力が生じるときは、振動腕２０の第１面（表面）または第２面（裏面）における第２領域ＺＢには収縮応力が生じる。
【０１０３】
すなわち、振動腕２０を厚み方向（第３方向）に、バランスよく振動させるために、１本の振動腕２０は、第１領域ＺＡ、第２領域ＺＢ、第３領域ＺＣに区分され、第１領域ＺＡと第２領域ＺＢとの間には第１節領域Ｑａｂが設けられ、第２領域ＺＢと第３領域ＺＣとの間には第２節領域Ｑｂｃが設けられる。第１節領域Ｑａｂおよび第２節領域Ｑｂｃの各々は、振動の節ＦＣ１，ＦＣ２（図８（Ｂ）の右側の図を参照）を含む。振動の節は、具体的には、振動腕２０の変位を２次の微分係数として求めた際に、２次微分係数が０となる点である。そして、振動腕２０の、例えば第１面の第１領域ＺＡと第３領域ＺＣにて収縮が生じるときは第２領域ＺＢで伸張が生じ、同様に、第１領域ＺＡと第３領域ＺＣにて伸張が生じるときは第２領域ＺＢで収縮が生じるようにする。これによって、安定した共振振動（面外振動）を実現することができる。
【０１０４】
図８（Ｂ）の左側の図に示すように、振動腕２０の第１面（表面）には櫛歯電極が形成されている。櫛歯電極は、第１電極４１ａと第２電極４１ｂとを有する。第２領域ＺＢにおける第１電極４１ａと第２電極４１ｂの相対位置関係は、第１領域ＺＡおよび第３領域ＺＣにおける第１電極４１ａと第２電極４１ｂの相対位置関係とは逆になっている。よって、第２領域ＺＢに生じる電界の向きは、第１領域ＺＡおよび第３領域ＺＣに生じる電界の向きとは逆向きである。第１領域ＺＡ、第２領域ＺＢ、第３領域ＺＣの各々に生じる応力は、図８（Ｂ）の左側の図において、実線の矢印ならびに点線の矢印で示されている。
【０１０５】
図８（Ｂ）の右側に示される、実線で示される振動腕２０の振動姿態は、図８（Ｂ）の左側の図において、実線の矢印で示される応力が生じる場合に対応している。同様に、点線で示される振動腕２０の振動姿態は、図８（Ｂ）の左側の図において、点線の矢印で示される応力が生じる場合に対応している。
【０１０６】
図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、双音叉型振動片の構成例を示す図である。図９（Ａ）の双音叉型振動片１０１ａは、第１基部１０ａと、第２基部１０ｂと、１本の振動腕２０を有する。図９（Ｂ）の双音叉型振動片１０１ｂは、２本の振動腕２０ａ，２０ｂを有する。図９（Ｃ）の双音叉型振動片１０１ｃは、３本の振動腕２０ａ，２０ｂ，２０ｃを有する。なお、ＧＬ１およびＧＬ２は、振動腕間の溝部を示す。ｎ本（ｎは２以上の自然数）の振動腕が設けられる場合には、各振動腕を、力学的なバランスがとれるように振動させることが好ましい。これによって、双音叉型振動片における各振動腕（２０ａ〜２０ｃ等）に、より安定した面外振動を励振することができる。
【０１０７】
３本の振動腕が設けられる場合（図９（Ｃ）の例）では、図６の例と同様に、両端の振動腕２０ａ，２０ｃを同相で振動させ、中央の振動腕を逆相で振動させるのが好ましい。振動腕の数は３本に限定されず、奇数本（３本、６本、９本・・・）であってもよい。
【０１０８】
つまり、広義には、「ｎ本の振動腕として、ｍ本（ｍは３以上の奇数）の振動腕が設けられる場合において、ｍ本の振動腕の各々を、第１振動腕〜第ｍ振動腕とし、第１振動腕〜第ｍ振動腕は、ｍの値が小さい順に、前記第２方向に並んで配置され、ｍ本の振動腕は３つの振動腕群に区分され、第１振動腕から第（ｍ／３）振動腕までを第１群の振動腕とし、第｛（ｍ／３）＋１｝振動腕から第｛（２ｍ／３）｝振動腕までを第２群の振動腕とし、第｛（２ｍ／３）＋１｝振動腕から第ｍ振動腕までを第３群の振動腕とし、また、第３方向は、正の第３方向（＋Ｚ軸方向）と、正の第３方向とは逆向きの負の第３方向（−Ｚ軸方向）と、を含み、第１群の振動腕および第３群の振動腕の各々における、第１面（または第２面）の第１領域ＺＡおよび第３領域ＺＣに収縮応力が生じ、かつ第２領域ＺＢに伸張応力が生じているときには、第２群の振動腕における第１面（または第２面）の、第１領域ＺＡおよび第３領域ＺＣには伸張応力が生じ、かつ第２領域ＺＢには収縮応力が生じ、また、第１群の振動腕および第３群の振動腕の各々における、第１面（または第２面）の第１領域ＺＡおよび第３領域ＺＣに伸張応力が生じ、かつ第２領域ＺＢに収縮応力が生じているときには、第２群の振動腕における第１面（または第２面）の、第１領域ＺＡおよび第３領域ＺＣには収縮応力が生じ、かつ第２領域ＺＢには伸張応力が生じる」と、表現することができる。
【０１０９】
このようにすれば、平面視で、振動腕の幅方向（第２方向：Ｙ軸方向）に力学的なバランスがとれており、かつ、振動腕の厚さ方向（面外振動方向である第３方向：Ｚ軸方向）の力学的なバランスもとれている。よって、各振動腕（２０ａ〜２０ｃ等）を支持する基部（第１基部１０ａ，第２基部１０ｂ）に過度の負担がかからず、振動の漏れが抑制される。
【０１１０】
図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）は、３本の振動腕を有する双音叉型振動片における電極ならびに配線の配置例を示す図である。図１０（Ａ）は、振動腕の表面における電極および配線の配置を示す図である。図１０（Ｂ）は、振動腕の裏面における電極および配線の配置を示す図（表面側から見た透視図）である。図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）において、各振動腕に生じる応力は、太線の矢印で示されている。
【０１１１】
図８の例で説明したように、各振動腕２０ａ〜２０ｃ（幅ｗ，厚みｔ（＜ｗ））の各々は、第１領域ＺＡと、第２領域ＺＢと、第３領域ＺＣと、第１領域ＺＡと第２領域ＺＢとの間に設けられる第１節領域Ｑａｂと、第２領域ＺＢと第３領域ＺＣとの間に設けられる第２節領域Ｑｂｃと、に区分される。
【０１１２】
図１０（Ａ）に示すように、第１振動腕２０ａの第１面（表面）には、櫛歯電極を構成する第１電極４１ａ（１）と、第２電極４１ｂ（１）とが設けられる。図８の例と同様に、例えば、第１領域ＺＡと第３領域ＺＣに伸張応力が生じるときには、第２領域ＺＢにおいて収縮応力が生じる。
【０１１３】
同様に、第２振動腕２０ｂの第１面（表面）には、櫛歯電極を構成する第１電極４１ａ（２）と、第２電極４１ｂ（２）とが設けられている。例えば、第１領域ＺＡと第３領域ＺＣに収縮応力が生じるときには、第２領域ＺＣにおいて伸張応力が生じる。
【０１１４】
同様に、第３振動腕２０ｃの第１面（表面）には、櫛歯電極を構成する第１電極４１ａ（３）と、第２電極４１ｂ（３）とが設けられる。例えば、第１領域ＺＡと第３領域ＺＣに伸張応力が生じるときには、第２領域ＺＢにおいて収縮応力が生じる。
【０１１５】
また、図１０（Ａ）において、Ｌ１〜Ｌ６は振動片の第１面（表面）に形成される配線を示す。また、ＴＨ１は、表面の第１電極と裏面の第１電極同士を接続するためのスルーホールである。ＴＨ２は、表面の第２電極と裏面の第１電極士を接続するためのスルーホールである。また、第１基部１０ａの表面（第１面）には、外部接続端子としてのボンディングパッドＰ１およびＰ２が設けられている。
【０１１６】
また、図１０（Ｂ）に示すように、第１振動腕２０ａの第２面（裏面）には、櫛歯電極を構成する第１電極４１ａ（１）’と、第２電極４１ｂ（１）’とが設けられる。例えば、第１領域ＺＡと第３領域ＺＣに収縮応力（圧縮応力）が生じるときには、第２領域ＺＢにおいて伸張応力（引っ張り応力）が生じる。
【０１１７】
同様に、第２振動腕２０ｂの第２面（裏面）には、櫛歯電極を構成する第１電極４１ａ（２）’と、第２電極４１ｂ（２）’とが設けられている。例えば、第１領域ＺＡと第３領域ＺＣに伸張応力が生じるときには、第２領域ＺＣにおいて収縮応力が生じる。
【０１１８】
同様に、第３振動腕２０ｃの第２面（表面）には、櫛歯電極を構成する第１電極４１ｃ（３）’と、第２電極４１ｂ（３）’とが設けられる。例えば、第１領域ＺＡと第３領域ＺＣに収縮応力が生じるときには、第２領域ＺＢにおいて伸張応力が生じる。
【０１１９】
また、図１０（Ｂ）において、Ｌ８〜Ｌ１２は振動片の第２面（裏面）に形成される配線を示す。
【０１２０】
（第４実施形態）
図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）は、双音叉型振動片を用いた加速度センサー素子および加速度センサー装置の構造の一例を示す図である。
【０１２１】
図１１（Ａ）の加速度センサー素子５００（振動型センサー素子の一種）は、３本の振動腕（２０ａ〜２０ｃ）を有する双音叉型振動片１０１ｃ（図９（Ｃ）に示される例）を用いて構成されている。
【０１２２】
双音叉型振動片１０１ｃの第１基部１０ａは、基部５０２の第１面に、例えば接着剤によって固定される。また、双音叉型振動片１０１ｃの第２基部１０ｂは、錘部（質量部）５０６の第１面に、例えば接着剤によって固定される。各振動腕２０ａ〜２０ｃは、ウォークモードで所定の周波数で振動する。
【０１２３】
錘部（質量部）５０６は、基部５０２に、例えば弾性部（弾性梁やバネ等を含む）５０４を介して接続（連結）されている。Ｚ軸方向に加速度が加わると、錘部（質量部）５０６がＺ軸方向に変位する。この結果、各振動腕２０ａ〜２０ｃにおける振動の周波数が変化し、この周波数の変化を検出することによって、加速度の大きさを検出（特定）することができる。
【０１２４】
図２３（Ｂ）に示される加速度センサー装置６００は、図１１（Ａ）に示される加速度センサー素子５００と、加速度センサー素子５００を収容する気密封止パッケージ（収容体）６０２と、物理量検出回路６０４と、を有する。パッケージ内は減圧された状態となっている（例えば、真空状態となっている）。
【０１２５】
本実施形態では、双音叉型振動片の基部を質量部（錘部）に接続しているが、シリコンダイヤフラム等の弾性を有する隔壁（広義の弾性部）に双音叉型振動片の基部を固定して、圧力センサーを形成することもできる。つまり、隔壁で隔てられる２つの空間の圧力差に応じて、隔壁（弾性部）がＺ軸方向に変形すると、各振動腕２０ａ〜２０ｃにおける振動の周波数が変化し、この周波数の変化を検出することによって、圧力の変化を測定することができる。
【０１２６】
このように、測定対象の物理量の変化に応じて変位が生じる弾性部、あるいは弾性部に連結される質量部と、少なくとも一つの基部が、弾性部あるいは質量部に接続され、弾性部または質量部の変位によって、少なくとも１本の振動腕に振動腕の延出方向の伸縮が生じる、上記の音叉型振動片（双音叉型振動片）と、その双音叉型振動片を収容する収容体と、によって、物理量を測定するセンサー装置を実現することができる。
【０１２７】
これによって、小型で、高精度の発振が可能な振動子を使用した、小型かつ高精度なセンサー（加速度センサーや圧力センサー等）を実現することができる。
【０１２８】
このように、本発明の少なくとも一つの実施形態にかかる音叉型振動片によれば、面外振動（ウォークモードの振動）を利用することから、従来の面内の振動を利用する場合に比べて、音叉型振動片のダウンサイジングを無理なく行うことができる。つまり、振動腕の厚みｔを小さくすることによってダウンサイジングに対応でき、振動腕の幅はそれほど小さくする必要がないことから、振動子の小型化に伴う、電極や配線を形成する際の負担を軽減することができる。
【０１２９】
以上、本発明をいくつかの実施形態を用いて説明したが、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で、種々の変形が可能であることは当業者には容易に理解できるものである。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。
【符号の説明】
【０１３０】
１０  基部、２０（２０ａ〜２０ｃ）  振動腕、１００  音叉型振動片、
４１ａと４１ｂ  表面の櫛歯電極を構成する一対の電極（第１電極および第２電極）、
４１ｃと４１ｄ  表面の櫛歯電極を構成する一対の電極（第１電極および第２電極）
４２（１）〜４２（３），４２（１）’〜４２（３）’  櫛歯電極の対向部分（対向電極部分あるいは交差指電極）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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