(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、前記基部の側面より同一の方向に延びる二本の振動腕部とを備え、 
各々の前記振動腕部の主面には、溝部が前記振動腕部の長さ方向に平行して設けられており、
前記基部及び振動腕部の厚み方向をＺ′軸とし、前記振動腕部が延びる方向をＹ′軸とし、Ｙ′軸およびＺ′軸と直交する方向をＸ軸としたＸＹ′Ｚ′直交座標系を定義した場合、各々の前記振動腕部に、前記振動腕部を幅方向に二分し且つ長さ方向に平行な直線を第一中心線と仮定し、
前記第一中心線から＋Ｘ軸方向側の部分の前記振動腕部の体積と、前記第一中心線から−Ｘ軸方向側の部分の前記振動腕部の体積とが同じであり、
前記溝部はそれぞれの前記振動腕部の主面に一本ずつ設けられており、前記溝部の幅方向を幅方向に二分し且つ長さ方向に平行な直線を第二中心線と仮定したとき、前記溝部が、前記第二中心線を前記第一中心線に対し＋Ｘ軸方向側にオフセットして設けられている音叉型水晶素子。
【請求項２】
基部と、前記基部の側面より同一の方向に延びる二本の振動腕部とを備え、
各々の前記振動腕部の主面には、溝部が前記振動腕部の長さ方向に平行して設けられており、
前記基部及び振動腕部の厚み方向をＺ′軸とし、前記振動腕部が延びる方向をＹ′軸とし、Ｙ′軸およびＺ′軸と直交する方向をＸ軸としたＸＹ′Ｚ′直交座標系を定義した場合、各々の前記振動腕部に、前記振動腕部を幅方向に二分し且つ長さ方向に平行な直線を第一中心線と仮定し、
前記第一中心線から＋Ｘ軸方向側の部分の前記振動腕部の体積と、前記第一中心線から−Ｘ軸方向側の部分の前記振動腕部の体積とが同じであり、
前記溝部はそれぞれの前記振動腕部の主面に一本ずつ設けられており、前記第一中心線より＋Ｘ軸方向側にある前記溝部の開口部の大きさが、前記第一中心線より−Ｘ軸方向側にある前記溝部の開口部の大きさに比べて大きくなっている音叉型水晶素子。
【請求項３】
基部と、前記基部の側面より同一の方向に延びる二本の振動腕部とを備え、
各々の前記振動腕部の主面には、溝部が前記振動腕部の長さ方向に平行して設けられており、
前記基部及び振動腕部の厚み方向をＺ′軸とし、前記振動腕部が延びる方向をＹ′軸とし、Ｙ′軸およびＺ′軸と直交する方向をＸ軸としたＸＹ′Ｚ′直交座標系を定義した場
合、各々の前記振動腕部に、前記振動腕部を幅方向に二分し且つ長さ方向に平行な直線を第一中心線と仮定し、
前記第一中心線から＋Ｘ軸方向側の部分の前記振動腕部の体積と、前記第一中心線から−Ｘ軸方向側の部分の前記振動腕部の体積とが同じであり、
前記溝部はそれぞれの前記振動腕部の主面に二本ずつ設けられており、二本の前記溝部が、二本の前記溝部の中間を通る前記振動腕部の長さ方向に平行な直線を第三中心線と仮定したとき、前記第三中心線を前記第一中心線に対し＋Ｘ軸方向側にオフセットして設けられている音叉型水晶素子。
【請求項４】
基部と、前記基部の側面より同一の方向に延びる二本の振動腕部とを備え、
各々の前記振動腕部の主面には、溝部が前記振動腕部の長さ方向に平行して設けられており、
前記基部及び振動腕部の厚み方向をＺ′軸とし、前記振動腕部が延びる方向をＹ′軸とし、Ｙ′軸およびＺ′軸と直交する方向をＸ軸としたＸＹ′Ｚ′直交座標系を定義した場合、各々の前記振動腕部に、前記振動腕部を幅方向に二分し且つ長さ方向に平行な直線を第一中心線と仮定し、
前記第一中心線から＋Ｘ軸方向側の部分の前記振動腕部の体積と、前記第一中心線から−Ｘ軸方向側の部分の前記振動腕部の体積とが同じであり、
前記溝部はそれぞれの前記振動腕部の主面に二本ずつ設けられており、二本の前記溝部のうち、前記第一中心線より＋Ｘ軸方向側にある一方の前記溝部の開口部の大きさが、前記第一中心線より−Ｘ軸方向側にある他方の前記溝部の開口部の大きさに比べて大きくなっている音叉型水晶素子。
【請求項５】
前記溝部には、前記溝部内の＋Ｘ軸側の長さ方向側面から−Ｘ軸側の長さ方向側面に向かって−Ｘ′軸方向に延びる突起部が複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至４に記載の音叉型水晶素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品である水晶振動子やジャイロセンサ等に使用される音叉型水晶素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品の一つである水晶振動子やジャイロセンサの内部には音叉型水晶素子が搭載されている。音叉型水晶素子は、人工水晶から切り出した水晶薄板にフォトリソグラフィ法及びエッチングにより音叉形状に外形加工をほどこしたものであり、基部と振動腕部を備えている。
【０００３】
基部は平面視略四角形の平板となっている。振動腕部は、第一振動腕部及び第二振動腕部とから成る。基部及び振動腕部の厚み方向をＺ′軸とし、振動腕部が延びる方向をＹ′軸とし、Ｙ′軸およびＺ′軸と直交する方向をＸ軸としたＸＹ′Ｚ′直交座標系を定義した場合、＋Ｘ軸方向側の第一振動腕部及び−Ｘ軸方向側の第二振動腕部は、基部の一辺からＹ′軸方向に延設されており、第一振動腕部及び第二振動腕部の主面にはそれぞれ溝部が設けられている。溝部は、第一の振動腕部及び第二の振動腕部の主面に、基部との境界部分から振動腕部の先端に向って、振動腕部の長さ方向と平行に所定の長さで二本、同じ形状で設けられている。尚、この二本の溝部は、第一振動腕部及び第二振動腕部に、各々の振動腕部を幅方向に二分し且つ長さ方向に平行な直線を中心線Ａとし、且つ二本の溝部の中間を通る各振動腕部の長さ方向に平行な直線を中心線Ｂとしたとき、中心線Ａに中心線Ｂが重なるように設けられている。このような音叉型水晶素子は、基部と振動腕部とが一体となって音叉形状を成しており、フォトリソグラフィ技術と化学エッチング技術により製造される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２１７０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような音叉型水晶素子は、一般的に、フォトリソグラフィ法及びエッチング加工を用いて、人工水晶より所定のカットアングルで切り出し加工された水晶薄板から複数形成される。このようにエッチング加工により水晶素子を形成した場合、水晶を構成する結晶の軸方向毎のエッチング速度の違いにより、音叉型水晶素子にエッチングにより除去できなかった部分（以下、「エッチング残渣」という）が生じてしまう。特に、エッチング残渣が溝部を有する振動腕部に生じた場合、仮に一つの振動腕部を幅方向に二分し且つ長さ方向に平行な中心線Ａで切断したとき、この中心線Ａから＋Ｘ軸方向側の振動腕部の仮想切断片Ｌ１と、中心線から−Ｘ軸方向側の振動腕部の仮想切断片Ｌ２とでは、仮想切断片Ｌ１の体積が仮想切断片Ｌ２の体積に比べ大きくなってしまう。つまり、各々の振動腕部は中心線Ａに対し＋Ｘ軸方向側と−Ｘ軸方向側とで質量が異なってしまう。このような振動腕部を振動させた場合、振動腕部の＋Ｘ軸方向側が−Ｘ軸方向側より重いので、振動腕部の＋Ｘ軸方向側の振動が振動腕部の−Ｘ軸方向側の振動に比べ小さくなってしまう。このような音叉型水晶素子の表面に所望のパターンの電極を設けて音叉型屈曲水晶振動素子を形成し、その振動腕部を振動させようとしたとき、音叉型屈曲水晶振動素子としての等価直列抵抗値が大きくなってしまう。このように、等価直列抵抗値が大きくなった音叉型屈曲水晶振動素子では、振動の抑制や、振動停止のおそれがある。また、音叉型屈曲水晶振動素子としての等価直列抵抗値が大きくなった場合、振動の起動及び維持により多くの電力が必要となるおそれがある。
【０００６】
よって、本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、音叉型屈曲水晶振動素子としたときの等価直列抵抗値の増加を抑え、振動が容易で省電力となる音叉型水晶素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の音叉型水晶素子は、基部と、基部の側面より同一の方向に延びる二本の振動腕部とを備え、各々の振動腕部の主面には、溝部が振動腕部の長さ方向に平行して設けられており、基部及び振動腕部の厚み方向をＺ′軸とし、振動腕部が延びる方向をＹ′軸とし、Ｙ′軸およびＺ′軸と直交する方向をＸ軸としたＸＹ′Ｚ′直交座標系を定義した場合、各々の振動腕部に、振動腕部を幅方向に二分し且つ長さ方向に平行な直線を第一中心線と仮定し、第一中心線から＋Ｘ軸方向側の部分の振動腕部の体積と、第一中心線から−Ｘ軸方向側の部分の振動腕部の体積とが同じであり、溝部はそれぞれの振動腕部の主面に一本ずつ設けられており、溝部の幅方向を幅方向に二分し且つ長さ方向に平行な直線を第二中心線と仮定したとき、溝部が、第二中心線を第一中心線に対し＋Ｘ軸方向側にオフセットして設けられている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の音叉型水晶素子は、基部の側面より同一の方向に延びる二本の振動腕部とを備え、各々の振動腕部の主面には、溝部が振動腕部の長さ方向に平行して設けられており、基部及び振動腕部の厚み方向をＺ′軸とし、振動腕部が延びる方向をＹ′軸とし、Ｙ′軸およびＺ′軸と直交する方向をＸ軸としたＸＹ′Ｚ′直交座標系を定義した場合、各々の振動腕部に、振動腕部を幅方向に二分し且つ長さ方向に平行な直線を第一中心線と仮定し、第一中心線から＋Ｘ軸方向側の部分の振動腕部の体積と、第一中心線から−Ｘ軸方向側の部分の振動腕部の体積とが同じであり、溝部はそれぞれの振動腕部の主面に一本ずつ設けられており、溝部の幅方向を幅方向に二分し且つ長さ方向に平行な直線を第二中心線と仮定したとき、溝部が、第二中心線を第一中心線に対し＋Ｘ軸方向側にオフセットして設けられている。このようにすることで、振動腕部は、中心線に対し＋Ｘ軸方向側と−Ｘ軸方向側とで質量が同じとすることができ、このような振動腕部を有する音叉型水晶素子を音叉型屈曲水晶振動素子として振動させた場合、振動腕部の＋Ｘ軸方向側の振動と振動腕部の−Ｘ軸方向側の振動とが同じバランスで振動することが可能となり、音叉型屈曲水晶振動素子としての等価直列抵抗値が大きくなることを抑えることが可能となる。このように、等価直列抵抗値の増加が軽減された音叉型屈曲水晶振動素子では、振動の抑制や、振動停止のおそれを低減させることができる。また、音叉型屈曲水晶振動素子としての等価直列抵抗値の増加が抑えられているので、振動の起動及び維持に多くの電力を必要とせず省電力とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第一実施形態に係る音叉型水晶素子を示した平面図である。
【図２】本発明の第一実施形態の変形例に係る音叉型水晶素子を示した平面図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係る音叉型水晶素子を示した平面図である。
【図４】本発明の第三実施形態に係る音叉型水晶素子を示した平面図である。
【図５】本発明の第四実施形態に係る音叉型水晶素子を示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に本発明の各実施形態及び変形例を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係る音叉型水晶素子を示した平面図である。図２は、本発明の第一実施形態に係る音叉型水晶素子の変形例を示した平面図である。図３は、本発明の第二実施形態に係る音叉型水晶素子を示した平面図である。図４は、本発明の第三実施形態に係る音叉型水晶素子を示した平面図である。図５は、本発明の第四実施形態に係る音叉型水晶素子を示した平面図である。尚、図１〜５の各図では、説明を明りょうとするため構造体の一部を図示せず、また寸法も一部誇張して図示している。
【００１１】
（第一実施形態）
本発明の第一実施形態に係る音叉型水晶素子１００は、図１に示すように、基部１１０、第一振動腕部１２０、第一溝部１２１、第一突起部１２２、第二振動腕部１３０、第二溝部１３１及び第二突起部１３２から構成されている。音叉型水晶素子１００は、その表面に所望する各種電極パターンを形成することにより、例えば、音叉型屈曲水晶振動素子やジャイロセンサ素子を構成する。この音叉型水晶素子１００は、フォトリソグラフィ技術と化学エッチング技術により、同じ工程中において形成される。
【００１２】
基部１１０は、後述する第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０を支持すると共に、パッケージ等の素子搭載部材に音叉型屈曲水晶振動素子を搭載したときに、音叉型水晶素子１００全体を保持するために用いられる。基部１１０は、結晶の軸方向として電気軸がＸ軸、機械軸がＹ軸、及び光軸がＺ軸となる直交座標系としたとき、Ｘ軸回りに−５°〜＋５°の範囲内で回転させたＺ′軸の方向が厚み方向となる平面視略四角形の平板である。基部１１０は、例えば、Ｙ′軸方向に向いた辺の長さが０．１〜０．６ｍｍであり、厚みは、０．１ｍｍとなっている。
【００１３】
第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０は、例えば、その表面に所望のパターンの電極を形成し、その電極に電位を印加することにより、所望の周波数の振動を励起するために用いるものである。第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０は、基部１１０のＹ′軸方向側の一辺からＹ′軸方向に向かって延設されており、第一振動腕部１２０を＋Ｘ軸方向側に配置し、第二振動腕部１３０を−Ｘ軸方向側に配置して、第一振動腕部１２０と第二振動腕部１３０とが平行となるように設けられている。第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０は、同じ外形形状となっており、例えば、Ｙ′軸方向となる長さは０．５〜１ｍｍであり、Ｘ軸方向となる幅は約０．０４ｍｍであり、厚みは基部１１０と同じ０．１ｍｍとなっている。尚、基部１１０と第一振動腕部１２０と第二振動腕部１３０とは一体で形成されている。
【００１４】
第一溝部１２１は、例えば、その表面に所望のパターンの電極を形成し、その電極に電位を印加することにより、溝部を設けていない場合に比べてより大きな電界強度を得るために用いるものである。第一溝部１２１は、第一振動腕部１２０の表裏主面に各一本ずつ、第一振動腕部１２０の長さ方向に平行して、第一振動腕部１２０の表裏両主面で対向するように設けられている。第一溝部１２１の一方の端部は、第一振動腕部１２０と基部１１０との境界部分に設けられており、第一溝部１２１の他方の端部は、第一振動腕部１２０の先端側に位置するように設けられている。第一溝部１２１の長さは、例えば、第一振動腕部１２０の長さの５０〜８０％となっている。
【００１５】
第一突起部１２２は、第一溝部１２１と音叉型水晶素子１００の外形形状とを同時にエッチングにより形成するため、及び第一溝部１２１をエッチングにより形成する際に、水晶結晶のエッチング異方性による各結晶方位のエッチングレートの違いによって第一溝部１２１内に生じる斜面の数を減少させ、対称性が比較的良好な断面形状の第一溝部１２１を形成するために用いられる。第一突起部１２２は、第一溝部１２１内の＋Ｘ軸側の長さ方向側面から−Ｘ軸側の長さ方向側面に向かって、Ｘ′軸方向に延びるように、等間隔で複数個設けられている。第一突起部１２２の突出寸法は、第一溝部１２１の幅寸法により変わるものであり、例えば、０．００２〜０．００５ｍｍ程度となっている。
【００１６】
この第一突起部１２２を備えた第一溝部１２１は、基部１１０及び第一振動腕部１２０の厚み方向をＺ′軸とし、第一振動腕部１２０が延びる方向をＹ′軸とし、Ｙ′軸およびＺ′軸と直交する方向をＸ軸としたＸＹ′Ｚ′直交座標系を定義した場合、第一振動腕部１２０に、第一振動腕部１２０を幅方向に二分し且つ長さ方向に平行な直線を第一中心線Ｃ１と仮定し、第一中心線Ｃ１から＋Ｘ軸方向側の部分の第一振動腕部１２０の体積と、第一中心線Ｃ１から−Ｘ軸方向側の部分の第一振動腕部１２０の体積とが同じとなるように、第一溝部１２１の幅方向を幅方向に二分し且つ長さ方向に平行な直線を第二中心線Ｄ１と仮定し、第一溝部１２１が、第二中心線Ｄ１を第一中心線Ｃ１に対し＋Ｘ軸方向側にオフセットして設けられている。オフセット量としては、例えば、０．３μｍ〜２μｍの範囲となっており、０．５μｍ〜１μｍの範囲とすることが望ましい。
【００１７】
第二溝部１３１は、例えば、その表面に所望のパターンの電極を形成し、その電極に電位を印加することにより、溝部を設けていない場合に比べてより大きな電界強度を得るために用いるものである。第二溝部１３１は、第二振動腕部１３０の表裏主面に各一本ずつ、第二振動腕部１３０の長さ方向に平行して、第二振動腕部１３０の表裏両主面で対向するように設けられている。第二溝部１３１の一方の端部は、第二振動腕部１３０と基部１１０との境界部分に設けられており、第二溝部１３１の他方の端部は、第二振動腕部１３０の先端側に位置するように設けられている。第二溝部１３１の長さは、例えば、第二振動腕部１３０の長さの５０〜８０％となっている。
【００１８】
第二突起部１３２は、第二溝部１３１と音叉型水晶素子１００の外形形状とを同時にエッチングにより形成するため、及び第二溝部１３１をエッチングにより形成する際に、水晶結晶のエッチング異方性による各結晶方位のエッチングレートの違いによって第二溝部１３１内に生じる斜面の数を減少させ、対称性が比較的良好な断面形状の第二溝部１３１を形成するために用いられる。第二突起部１３２は、第二溝部１３１内の＋Ｘ軸側の長さ方向側面から−Ｘ軸側の長さ方向側面に向かって、Ｘ′軸方向に延びるように、等間隔で複数個設けられている。第二突起部１３２の突出寸法は、第二溝部１３１の幅寸法により変わるものであり、例えば、０．００２〜０．００５ｍｍ程度となっている。
【００１９】
この第二突起部１３２を備えた第二溝部１３１は、基部１１０及び第二振動腕部１３０の厚み方向をＺ′軸とし、第二振動腕部１３０が延びる方向をＹ′軸とし、Ｙ′軸およびＺ′軸と直交する方向をＸ軸としたＸＹ′Ｚ′直交座標系を定義した場合、第二振動腕部１３０に、第二振動腕部１３０を幅方向に二分し且つ長さ方向に平行な直線を第一中心線Ｃ２と仮定し、第一中心線Ｃ２から＋Ｘ軸方向側の部分の第二振動腕部１３０の体積と、第一中心線Ｃ２から−Ｘ軸方向側の部分の第二振動腕部１３０の体積とが同じとなるように、第二溝部１３１の幅方向を幅方向に二分し且つ長さ方向に平行な直線を第二中心線Ｄ２と仮定し、第二溝部１３１が、第二中心線Ｄ２を第一中心線Ｃ２に対し＋Ｘ軸方向側にオフセットして設けられている。オフセット量としては、例えば、０．３μｍ〜２μｍの範囲となっており、０．５μｍ〜１μｍの範囲とすることが望ましい。
【００２０】
本発明の第一実施形態に係る音叉型水晶素子１００は、この基部１１０の側面より同一の方向に延びる二本の振動腕部１２０、１３０と、を備え、各々の振動腕部１２０、１３０の主面には、それぞれの溝部１２１，１３１がそれぞれの振動腕部１２０、１３０の長さ方向に平行して設けられており、基部１１０及び振動腕部１２０、１３０の厚み方向をＺ′軸とし、振動腕部１２０、１３０が延びる方向をＹ′軸とし、Ｙ′軸およびＺ′軸と直交する方向をＸ軸としたＸＹ′Ｚ′直交座標系を定義した場合、各々の振動腕部１２０、１３０に、振動腕部１２０、１３０を幅方向に二分し且つ長さ方向に平行な直線を第一中心線Ｃ１、Ｃ２と仮定し、この第一中心線Ｃ１、Ｃ２から＋Ｘ軸方向側の部分の振動腕部１２０、１３０の体積と、第一中心線Ｃ１、Ｃ２から−Ｘ軸方向側の部分の振動腕部１２０、１３０の体積とが同じである。
【００２１】
このような構成を有することにより、第一振動腕部１２０は、第一溝部１２１の断面形状のエッチング異方性による非対称性によって、第一振動腕部１２０の体積が＋Ｘ軸方向側に偏ってあることを調整できるので、第一中心線Ｃ１に対し＋Ｘ軸方向側と−Ｘ軸方向側とで体積及び質量が同じとすることができ、且つ、第二振動腕部１３０は、第二溝部１３１の断面形状のエッチング異方性による非対称性によって、第二振動腕部１３０の体積が＋Ｘ軸方向側に偏ってあることを調整できるので、第一中心線Ｃ２に対し＋Ｘ軸方向側と−Ｘ軸方向側とで体積及び質量が同じとすることができる。このような第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０を振動させた場合、各振動腕部の＋Ｘ軸方向側の振動と−Ｘ軸方向側の振動とが同じバランスで振動することが可能となり、音叉型水晶素子の表面に電極を設けて音叉型屈曲水晶振動素子を形成したときの等価直列抵抗値が大きくなることを抑えることが可能となる。このように、等価直列抵抗値の増加が軽減された音叉型屈曲水晶振動素子では、振動の抑制や、振動停止を低減させることができる、また、音叉型屈曲水晶振動素子としての等価直列抵抗値の増加が抑えられているので、振動の起動及び維持に多くの電力を必要とせず省電力とすることが可能となる。
【００２２】
また、第一実施形態に係る音叉型水晶素子１００は、溝部１２１、１３１内の＋Ｘ軸側の長さ方向側面から−Ｘ軸側の長さ方向側面に向かって−Ｘ′軸方向に延びる突起部１２２、１３２が複数設けられている。このように、突起部１２２、１３２を設けることによって、第一溝部１２１及び第二溝部１３１をエッチングにより形成する際に、水晶結晶のエッチング異方性よる結晶方位によるエッチングレートの違いによって第一溝部１２１及び第二溝部１３１内に生じる斜面の数を減少させ、対称性が比較的良好な断面形状の第一溝部１２１及び第二溝部１３１を形成することができる。よって、第一振動腕部１２０は、第一中心線Ｃ１に対し＋Ｘ軸方向側と−Ｘ軸方向側とで体積及び質量が同じとすることができ、第二振動腕部１３０は、第一中心線Ｃ２に対し＋Ｘ軸方向側と−Ｘ軸方向側とで体積及び質量が同じとすることができる。
【００２３】
また、第一実施形態に係る音叉型水晶素子１００は、溝部１２１、１３１がそれぞれの振動腕部１２０、１３０の主面に一本ずつ設けられており、溝部１２１、１３１の幅方向を幅方向に二分し且つ長さ方向に平行な直線を第二中心線Ｄ１、Ｄ２と仮定したとき、溝部１２１、１３１が、第二中心線Ｄ１，Ｄ２を第一中心線Ｃ１、Ｃ２に対し＋Ｘ軸方向側にオフセットして設けられている。このようにすることにより、各々の振動腕部１２０、１３０は、溝部１２１、１３１内に設けられた突起部１２２、１３２と溝部１２１、１３１の断面形状のエッチング異方性による僅かな非対称性によって、振動腕部１２０、１３０の体積が＋Ｘ軸方向側に偏ってあることを調整できるので、第一中心線Ｃ１、Ｃ２に対し＋Ｘ軸方向側と−Ｘ軸方向側とで質量が同じとすることができ、このような振動腕部１２０、１３０を有する音叉型水晶素子１００を音叉型屈曲水晶振動素子として振動させた場合、振動腕部１２０、１３０の＋Ｘ軸方向側の振動と振動腕部１２０、１３０の−Ｘ軸方向側の振動とが同じバランスで振動することが可能となり、音叉型屈曲水晶振動素子としての等価直列抵抗値が大きくなることをさらに抑えることが可能となる。このように、等価直列抵抗値の増加が軽減された音叉型屈曲水晶振動素子では、振動の抑制や、振動停止のおそれをさらに低減させることができる。また、溝部１２１、１３１内にパターン電極を形成した際のパターン電極の体積も加味した上で、この第一中心線Ｃ１、Ｃ２から＋Ｘ軸方向側の部分の振動腕部１２０、１３０の体積と、第一中心線Ｃ１、Ｃ２から−Ｘ軸方向側の部分の振動腕部１２０、１３０の体積とが同じに調整することができる。
【００２４】
（第一実施形態の変形例）
尚、本発明の第一実施形態に係る音叉型水晶素子１００の変形例として、図２に示すように、基部１１０の第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０が延設している一辺とは反対側の一辺と接続する支持腕部１４０を設けても良い。支持腕部１４０は、パッケージ等の素子搭載部材に音叉型水晶素子１００に所望のパターンの電極を形成した、例えば音叉型屈曲水晶振動素子を搭載したときに、その音叉型屈曲水晶振動素子全体を保持するために用いられる。
【００２５】
支持腕部１４０は、接続部１４１と第一延設部１４２と第二延設部１４３とから構成されている。第一延設部１４２は、基部１１０の第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０が延設している一辺とは反対側の一辺に沿って、Ｘ軸方向に延びた帯状の形状を有し、接続部１４１によって基部１１０の第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０が延設している一辺と接続している。また、第一延設部１４２の−Ｘ軸方向側の端部は基部１１０の−Ｘ軸方向側の側辺部より突出して設けられており、＋Ｘ軸方向側の端部は基部１１０の＋Ｘ軸方向側の側辺部より突出して設けられている。第二延設部１４３は、第一延設部１４２の＋Ｘ軸方向側の端部から、Ｙ′軸方向に向かって、基部１１０及び第一振動腕部１２０の＋Ｘ軸方向外側に沿って延設した帯状の形状を有している。第二延設部１４３の先端位置は、第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０の先端位置と同位置となっている。尚、この支持腕部１４０は、フォトリソグラフィ技術と化学エッチング技術により、音叉型水晶素子１００と一体として同じ工程中において形成される。
【００２６】
この支持腕部１４０を設けることにより、w支持腕部１４０を備えた音叉型水晶素子１００に所望のパターンの電極を形成した、例えば音叉型屈曲水晶振動素子を搭載したパッケージ等の素子搭載部材に外部より落下などにより衝撃が加わった場合でも、支持腕部１４０においてその衝撃を吸収することができ、音叉型水晶素子１００としての耐衝撃性を向上させることが可能となる。
【００２７】
（第二実施形態）
本発明の第二実施形態に係る音叉型水晶素子２００は、図３に示すように、溝部２２１、２３１がそれぞれの振動腕部１２０、１３０の主面に一本ずつ設けられており、第一中心線Ｃ１、Ｃ２より＋Ｘ軸方向側にある溝部２２１、２３１の開口部の大きさが、第一中心線Ｃ１、Ｃ２より−Ｘ軸方向側にある溝部２２１、２３１の開口部の大きさに比べて大きくなっている点において異なっている。音叉型水晶素子２００は、図３に示すように、基部１１０、第一振動腕部１２０、第一溝部２２１、第一突起部２２２、第二振動腕部１３０、第二溝部２３１及び第二突起部２３２から構成されている。音叉型水晶素子２００は、その表面に所望する各種電極パターンを形成することにより、音叉型屈曲水晶振動素子やジャイロセンサ素子を構成するために用いられている。この音叉型水晶素子２００は、フォトリソグラフィ技術と化学エッチング技術により、同じ工程中において形成される。尚、音叉型水晶素子２００において、本発明の第一実施形態に係る音叉型水晶素子１００の構成要素と同じ形態となる構成要素には、同じ符号を付与している。
【００２８】
第一溝部２２１は、例えば、その表面に所望のパターンの電極を形成し、その電極に電位を印加することにより、溝部を設けていない場合に比べてより大きな電界強度を得るために用いるものである。第一溝部２２１は、第一振動腕部１２０の表裏主面に各一本ずつ、第一振動腕部１２０の長さ方向に平行して、第一振動腕部１２０の表裏両主面で対向するように設けられている。第一溝部２２１の一方の端部は、第一振動腕部１２０と基部１１０との境界部分に設けられており、第一溝部２２１の他方の端部は、第一振動腕部１２０の先端側に位置するように設けられている。第一溝部２２１の長さは、例えば、第一振動腕部１２０の長さの５０〜８０％となっている。
【００２９】
第一突起部２２２は、第一溝部２２１と音叉型水晶素子２００の外形形状とを同時にエッチングにより形成するため、及び第一溝部２２１をエッチングにより形成する際に、水晶結晶のエッチング異方性による各結晶方位のエッチングレートの違いによって第一溝部２２１内に生じる斜面の数を減少させ、対称性が比較的良好な断面形状の第一溝部２２１を形成するために用いられる。第一突起部２２２は、第一溝部２２１内の＋Ｘ軸側の長さ方向側面から−Ｘ軸側の長さ方向側面に向かって、Ｘ′軸方向に延びるように、等間隔で複数個設けられている。第一突起部２２２の突出寸法は、第一溝部２２１の幅寸法により変わるものであり、例えば、０．００２〜０．００５ｍｍ程度となっている。
【００３０】
この第一突起部２２２を備えた第一溝部２２１は、基部１１０及び第一振動腕部１２０の厚み方向をＺ′軸とし、第一振動腕部１２０が延びる方向をＹ′軸とし、Ｙ′軸およびＺ′軸と直交する方向をＸ軸としたＸＹ′Ｚ′直交座標系を定義した場合、第一振動腕部１２０に、第一振動腕部１２０を幅方向に二分し且つ長さ方向に平行な直線を第一中心線Ｃ１と仮定し、第一中心線Ｃ１から＋Ｘ軸方向側の部分の第一振動腕部１２０の体積と、第一中心線Ｃ１から−Ｘ軸方向側の部分の第一振動腕部１２０の体積とが同じとなるように、第一中心線Ｃ１より＋Ｘ軸方向側にある第一溝部２２１の開口部の大きさが、第一中心線Ｃ１より−Ｘ軸方向側にある第一溝部２２１の開口部の大きさに比べて大きくなっている。つまり、第二実施形態における第一突起部２２２の先端部と第一溝部２２１内の−Ｘ軸側の長さ方向側面との間隔は、第一実施形態における第一突起部１２２の先端部と第一溝部１２１内の−Ｘ軸側の長さ方向側面との間隔に比べて広くなっている。この第一中心線Ｃ１より＋Ｘ軸方向側にある第一溝部２２１の開口部の大きさは、第一中心線Ｃ１より−Ｘ軸方向側にある第一溝部２２１の開口部の大きさに比べ、幅寸法において、例えば、０．３μｍ〜２μｍの範囲で大きくなっており、０．５μｍ〜１μｍの範囲とすることが望ましい。
【００３１】
本発明の第二実施形態に係る音叉型水晶素子２００における第二溝部２３１は、例えば、その表面に所望のパターンの電極を形成し、その電極に電位を印加することにより、溝部を設けていない場合に比べてより大きな電界強度を得るために用いるものである。第二溝部２３１は、第二振動腕部１３０の表裏主面に各一本ずつ、第二振動腕部１３０の長さ方向に平行して、第二振動腕部１３０の表裏両主面で対向するように設けられている。第二溝部２３１の一方の端部は、第二振動腕部１３０と基部１１０との境界部分に設けられており、第二溝部２３１の他方の端部は、第二振動腕部１３０の先端側に位置するように設けられている。第二溝部２３１の長さは、例えば、第一振動腕部１２０の長さの５０〜８０％となっている。
【００３２】
第二突起部２３２は、第二溝２３１と音叉型水晶素子２００の外形形状とを同時にエッチングにより形成するため、及び第二溝部２３１をエッチングにより形成する際に、水晶結晶のエッチング異方性による各結晶方位のエッチングレートの違いによって第二溝部２３１内に生じる斜面の数を減少させ、対称性が比較的良好な断面形状の第二溝部２３１を形成するために用いられる。第二突起部２３２は、第二溝部２３１内の＋Ｘ軸側の長さ方向側面から−Ｘ軸側の長さ方向側面に向かって、Ｘ′軸方向に延びるように、等間隔で複数個設けられている。第二突起部２３２の突出寸法は、第二溝部２３１の幅寸法により変わるものであり、例えば、０．００２〜０．００５ｍｍ程度となっている。
【００３３】
この第二突起部２３２を備えた第二溝部２３１は、基部１１０及び第二振動腕部１３０の厚み方向をＺ′軸とし、第二振動腕部１３０が延びる方向をＹ′軸とし、Ｙ′軸およびＺ′軸と直交する方向をＸ軸としたＸＹ′Ｚ′直交座標系を定義した場合、第二振動腕部１３０に、第二振動腕部１３０を幅方向に二分し且つ長さ方向に平行な直線を第一中心線Ｃ２と仮定し、第一中心線Ｃ２から＋Ｘ軸方向側の部分の第二振動腕部１３０の体積と、第一中心線Ｃ２から−Ｘ軸方向側の部分の第二振動腕部１３０の体積とが同じとなるように、第一中心線Ｃ２より＋Ｘ軸方向側にある第二溝部２３１の開口部の大きさが、第一中心線Ｃ２より−Ｘ軸方向側にある第二溝部２３１の開口部の大きさに比べて大きくなっている。つまり、第二実施形態における第二突起部２３２の先端部と第二溝部２３１内の−Ｘ軸側の長さ方向側面との間隔は、第一実施形態における第二突起部１３２の先端部と第二溝部１３１内の−Ｘ軸側の長さ方向側面との間隔に比べて広くなっている。この第一中心線Ｃ２より＋Ｘ軸方向側にある第二溝部２３１の開口部の大きさは、第一中心線Ｃ２より−Ｘ軸方向側にある第二溝部２３１の開口部の大きさに比べ、幅寸法において、例えば、０．３μｍ〜２μｍの範囲で大きくなっており、０．５μｍ〜１μｍの範囲とすることが望ましい。
【００３４】
本発明の第二実施形態に係る音叉型水晶素子２００は、基部１１０と、この基部１１０の側面より同一の方向に延びる第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０とを備え、第一振動腕部１２０の主面には、第一溝部２２１が第一振動腕部１２０の長さ方向に平行して設けられており、第二振動腕部１３０の主面には、第二溝部２３１が第二振動腕部１３０の長さ方向に平行して設けられており、基部１１０、第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０の厚み方向をＺ′軸とし、第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０が延びる方向をＹ′軸とし、Ｙ′軸およびＺ′軸と直交する方向をＸ軸としたＸＹ′Ｚ′直交座標系を定義した場合、各々の振動腕部に、振動腕部を幅方向に二分し且つ長さ方向に平行な直線を第一中心線Ｃ１、Ｃ２と仮定し、この第一中心線Ｃ１、Ｃ２から＋Ｘ軸方向側の部分の振動腕部の体積と、第一中心線Ｃ１，Ｃ２から−Ｘ軸方向側の部分の振動腕部の体積とが同じとなるように、第一溝部２２１は第一振動腕部１２０の主面に一本ずつ設けられており、第二溝部２３１は第二振動腕部１３０の主面に一本ずつ設けられており、第一中心線Ｃ１より＋Ｘ軸方向側にある第一溝部２２１の開口部の大きさが、第一中心線Ｃ１より−Ｘ軸方向側にある第一溝部２２１の開口部の大きさに比べて大きくなっており、且つ第一中心線Ｃ２より＋Ｘ軸方向側にある第二溝部２３１の開口部の大きさが、第一中心線Ｃ２より−Ｘ軸方向側にある第二溝部２３１の開口部の大きさに比べて大きくなっている。
【００３５】
このような構成を有することにより、第一振動腕部１２０は、第一溝部２２１内に設けられた第一突起部２２２と第一溝部２２１の断面形状のエッチング異方性による僅かな非対称性によって、第一振動腕部１２０の体積が＋Ｘ軸方向側に偏ってあることを調整できるので、第一中心線Ｃ１に対し＋Ｘ軸方向側と−Ｘ軸方向側とで体積及び質量が同じとすることができ、第二振動腕部１３０は、第二溝部２３１内に設けられた第二突起部２３２と第二溝部２３１の断面形状のエッチング異方性による僅かな非対称性によって、第二振動腕部１３０の体積が＋Ｘ軸方向側に偏ってあることを調整できるので、第一中心線Ｃ２に対し＋Ｘ軸方向側と−Ｘ軸方向側とで体積及び質量が同じとすることができる。このような第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０を振動させた場合、各振動腕部の＋Ｘ軸方向側の振動と−Ｘ軸方向側の振動とが同じバランスで振動することが可能となり、音叉型水晶素子の表面に電極を設けて音叉型屈曲水晶振動素子を形成したときの等価直列抵抗値が大きくなることを抑えることが可能となる。このように、等価直列抵抗値の増加が軽減された音叉型屈曲水晶振動素子では、振動の抑制や、振動停止のおそれが低下する。また、音叉型屈曲水晶振動素子としての等価直列抵抗値の増加が抑えられているので、振動の起動及び維持に多くの電力を必要とせず省電力とすることが可能となる。
【００３６】
（第三実施形態）
本発明の第三実施形態に係る音叉型水晶素子３００は、図４に示すように、溝部３２１、３２２、３３１、３３２がそれぞれの振動腕部１２０、１３０の主面に二本ずつ設けられており、二本の溝部３２１、３２２又は３３１、３３２の中間を通る振動腕部１２０、１３０の長さ方向に平行な直線を第三中心線Ｅ１、Ｅ２と仮定したとき、第三中心線Ｅ１、Ｅ２を第一中心線Ｃ１、Ｃ２に対し＋Ｘ軸方向側にオフセットして設けられている点で異なっている。本発明の第三実施形態に係る音叉型水晶素子３００は、図４に示すように、基部１１０、第一振動腕部１２０、第一溝部３２１、第二溝部３２２、第一突起部３２３、第二突起部３２４、第二振動腕部１３０、第三溝部３３１、第四溝部３３２、第三突起部３３３及び第四突起部３３４から構成されている。音叉型水晶素子３００は、その表面に所望する各種電極パターンを形成することにより、音叉型屈曲水晶振動素子やジャイロセンサ素子を構成するために用いられている。この音叉型水晶素子３００は、フォトリソグラフィ技術と化学エッチング技術により、同じ工程中において形成される。尚、音叉型水晶素子３００において、本発明の第一実施形態に係る音叉型水晶素子１００の構成要素と同じ形態となる構成要素には、同じ符号を付与している。
【００３７】
第一溝部３２１及び第二溝部３２２は、例えば、その表面に所望のパターンの電極を形成し、その電極に電位を印加することにより、溝部を設けていない場合に比べてより大きな電界強度を得るために用いるものである。第一溝部３２１及び第二溝部３２２は、第一振動腕部１２０の表裏主面に各一本ずつ、第一振動腕部１２０の長さ方向に平行に且つ第一振動腕部１２０の幅方向に並んで、第一振動腕部１２０の表裏両主面で対向するように設けられている。第一溝部３２１及び第二溝部３２２の一方の端部は、第一振動腕部１２０と基部１１０との境界部分に設けられており、第一溝部３２１及び第二溝部３２２の他方の端部は、第一振動腕部１２０の先端側に位置するように設けられている。第一溝部３２１及び第二溝部３２２の長さは、例えば、第一振動腕部１２０の長さの５０〜８０％となっている。
【００３８】
第一突起部３２３は、第一溝部３２１と音叉型水晶素子３００の外形形状とを同時にエッチングにより形成するため、及び第一溝部３２１をエッチングにより形成する際に、水晶結晶のエッチング異方性による各結晶方位のエッチングレートの違いによって第一溝部３２１内に生じる斜面の数を減少させ、対称性が比較的良好な断面形状の第一溝部３２１を形成するために用いられる。第一突起部３２３は、第一溝部３２１内の＋Ｘ軸側の長さ方向側面から−Ｘ軸側の長さ方向側面に向かって、Ｘ′軸方向に延びるように、等間隔で複数個設けられている。第一突起部３２３の突出寸法は、第一溝部３２１の幅寸法により変わるものであり、例えば、０．００２ｍｍ程度となっている。
【００３９】
第二突起部３２４は、第二溝部３２２と音叉型水晶素子３００の外形形状とを同時にエッチングにより形成するため、及び第二溝部３２２をエッチングにより形成する際に、水晶結晶のエッチング異方性による各結晶方位のエッチングレートの違いによって第二溝部３２２内に生じる斜面の数を減少させ、対称性が良好な断面形状の第二溝部３２２を形成するために用いられる。第二突起部３２４は、第二溝部３２２内の＋Ｘ軸側の長さ方向側面から−Ｘ軸側の長さ方向側面に向かって、Ｘ′軸方向に延びるように、等間隔で複数個設けられている。第二突起部３２４の突出寸法は、第二溝部３２２の幅寸法により変わるものであり、例えば、０．００２ｍｍ程度となっている。
【００４０】
この第一突起部３２３を備えた第一溝部３２１及び第二突起部３２４を備えた第二溝部３２２は、基部１１０及び第一振動腕部１２０の厚み方向をＺ′軸とし、第一振動腕部１２０が延びる方向をＹ′軸とし、Ｙ′軸およびＺ′軸と直交する方向をＸ軸としたＸＹ′Ｚ′直交座標系を定義した場合、第一振動腕部１２０に、第一振動腕部１２０を幅方向に二分し且つ長さ方向に平行な直線を第一中心線Ｃ１と仮定し、第一中心線Ｃ１から＋Ｘ軸方向側の部分の第一振動腕部１２０の体積と、第一中心線Ｃ１から−Ｘ軸方向側の部分の第一振動腕部１２０の体積とが同じとなるように、第一溝部３２１及び第二溝部３２２が、第一溝部３２１と第二溝部３２２の中間を通る第一振動腕部１２０の長さ方向に平行な直線を第三中心線Ｅ１と仮定したとき、この第三中心線Ｅ１を第一中心線Ｃ１に対し＋Ｘ軸方向側にオフセットして設けられている。オフセット量としては、例えば、０．３μｍ〜２μｍの範囲となっており、０．５μｍ〜１μｍの範囲とすることが望ましい。
【００４１】
本発明の第三実施形態に係る音叉型水晶素子３００における第三溝部３３１及び第四溝部３３２は、例えば、その表面に所望のパターンの電極を形成し、その電極に電位を印加することにより、溝部を設けていない場合に比べてより大きな電界強度を得るために用いるものである。第三溝部３３１及び第四溝部３３２は、第二振動腕部１３０の表裏主面に各一本ずつ、第二振動腕部１３０の長さ方向に平行に且つ第二振動腕部１３０の幅方向に並んで、第二振動腕部１３０の表裏両主面で対向するように設けられている。第三溝部３３１及び第四溝部３３２の一方の端部は、第二振動腕部１３０と基部１１０との境界部分に設けられており、第三溝部３３１及び第四溝部３３２の他方の端部は、第二振動腕部１３０の先端側に位置するように設けられている。第三溝部３３１及び第四溝部３３２の長さは、例えば、第二振動腕部１３０の長さの５０〜８０％となっている。
【００４２】
第三突起部３３３は、第三溝部３３１と音叉型水晶素子３００の外形形状とを同時にエッチングにより形成するため、及び第三溝部３３１をエッチングにより形成する際に、水晶結晶のエッチング異方性による各結晶方位のエッチングレートの違いによって第三溝部３３１内に生じる斜面の数を減少させ、対称性が良好な断面形状の第三溝部３３１を形成するために用いられる。第三突起部３３３は、第三溝部３３１内の＋Ｘ軸側の長さ方向側面から−Ｘ軸側の長さ方向側面に向かって、Ｘ′軸方向に延びるように、等間隔で複数個設けられている。第三突起部３３３の突出寸法は、第三溝部３３１の幅寸法により変わるものであり、例えば、０．００２ｍｍ程度となっている。
【００４３】
第四突起部３３４は、第四溝部３３２と音叉型水晶素子３００の外形形状とを同時にエッチングにより形成するため、及び第四溝部３３２をエッチングにより形成する際に、水晶結晶のエッチング異方性による各結晶方位のエッチングレートの違いによって第四溝部３３２内に生じる斜面の数を減少させ、対称性が良好な断面形状の第四溝部３３２を形成するために用いられる。第四突起部３３４は、第四溝部３３２内の＋Ｘ軸側の長さ方向側面から−Ｘ軸側の長さ方向側面に向かって、Ｘ′軸方向に延びるように、等間隔で複数個設けられている。第四突起部３３４の突出寸法は、第四溝部３３２の幅寸法により変わるものであり、例えば、０．００２ｍｍ程度となっている。
【００４４】
この第三突起部３３３を備えた第三溝部３３１及び第四突起部３３４を備えた第四溝部３３２は、基部１１０及び第二振動腕部１３０の厚み方向をＺ′軸とし、第二振動腕部１３０が延びる方向をＹ′軸とし、Ｙ′軸およびＺ′軸と直交する方向をＸ軸としたＸＹ′Ｚ′直交座標系を定義した場合、第二振動腕部１３０に、第二振動腕部１３０を幅方向に二分し且つ長さ方向に平行な直線を第一中心線Ｃ２と仮定し、第一中心線Ｃ２から＋Ｘ軸方向側の部分の第二振動腕部１３０の体積と、第一中心線Ｃ２から−Ｘ軸方向側の部分の第二振動腕部１３０の体積と、が同じとなるように、第三溝部３３１及び第四溝部３３２が、第三溝部３３１と第四溝部３３２の中間を通る第二振動腕部１３０の長さ方向に平行な直線を第三中心線Ｅ２と仮定したとき、この第三中心線Ｅ２を第一中心線Ｃ２に対し＋Ｘ軸方向側にオフセットして設けられている。オフセット量としては、例えば、０．３μｍ〜２μｍの範囲となっており、０．５μｍ〜１μｍの範囲とすることが望ましい。
【００４５】
本発明の第三実施形態に係る音叉型水晶素子３００は、基部１１０と、この基部１１０の側面より同一の方向に延びる第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０とを備え、第一振動腕部１２０の主面には、第一溝部３２１及び第二溝部３２２が、第一振動腕部１２０の長さ方向に平行に且つ幅方向に並んで設けられており、第二振動腕部１３０の主面には、第三溝部３３１及び第四溝部３３２が第二振動腕部１３０の長さ方向に平行に且つ幅方向に並んで設けられており、基部１１０、第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０の厚み方向をＺ′軸とし、第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０が延びる方向をＹ′軸とし、Ｙ′軸およびＺ′軸と直交する方向をＸ軸としたＸＹ′Ｚ′直交座標系を定義した場合、各々の振動腕部に、振動腕部を幅方向に二分し且つ長さ方向に平行な直線を第一中心線Ｃ１、Ｃ２と仮定し、この第一中心線Ｃ１、Ｃ２から＋Ｘ軸方向側の部分の振動腕部の体積と、第一中心線Ｃ１，Ｃ２から−Ｘ軸方向側の部分の振動腕部の体積とが同じとなるように、第一溝部３２１及び第二溝部３２２は第一振動腕部１２０の主面に一本ずつ設けられており、第三溝部３３１及び第四溝部３３２は第二振動腕部１３０の主面に一本ずつ設けられており、第一溝部３２１及び第二溝部３２２が、第一溝部３２１と第二溝部３２２の中間を通る第一振動腕部１２０の長さ方向に平行な直線を第三中心線Ｅ１と、第三溝部３３１及び第四溝部３３２が、第三溝部３３１と第四溝部３３２の中間を通る第二振動腕部１３０の長さ方向に平行な直線を第三中心線Ｅ２とを仮定したとき、第三中心線Ｅ１を第一中心線Ｃ１に対し＋Ｘ軸方向側にオフセットするように第一溝部３２１及び第二溝部３２２が設けられており、第三中心線Ｅ２を第一中心線Ｃ２に対し＋Ｘ軸方向側にオフセットするように第三溝部３３１及び第四溝部３３２が設けられている。
【００４６】
このような構成を有することにより、第一振動腕部１２０は、第一溝部３２１及び第二溝部３２２内に設けられた第一突起部３２３及び第二突起部３２４と第一溝部３２１及び第二溝部３２２の断面形状のエッチング異方性による僅かな非対称性によって、第一振動腕部１２０の体積が＋Ｘ軸方向側に偏ってあることを調整できるので、第一中心線Ｃ１に対し＋Ｘ軸方向側と−Ｘ軸方向側とで体積及び質量が同じとすることができ、第二振動腕部１３０は、第三溝部３３１及び第四溝部３３２内に設けられた第三突起部３３３及び第四突起部３３４と第三溝部３３１及び第四溝部３３２の断面形状のエッチング異方性による僅かな非対称性によって、第二振動腕部１３０の体積が＋Ｘ軸方向側に偏ってあることを調整できるので、第一中心線Ｃ２に対し＋Ｘ軸方向側と−Ｘ軸方向側とで体積及び質量が同じとすることができる。このような第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０を振動させた場合、各振動腕部の＋Ｘ軸方向側の振動と−Ｘ軸方向側の振動とが同じバランスで振動することが可能となり、音叉型水晶素子の表面に電極を設けて音叉型屈曲水晶振動素子を形成したときの等価直列抵抗値が大きくなることを抑えることが可能となる。このように、等価直列抵抗値の増加が軽減された音叉型屈曲水晶振動素子では、振動の抑制や、振動停止のおそれを低減することができる。また、音叉型屈曲水晶振動素子としての等価直列抵抗値の増加が抑えられているので、振動の起動及び維持に多くの電力を必要とせず省電力とすることが可能となる。
【００４７】
（第四実施形態）
本発明の第四実施形態に係る音叉型水晶素子４００は、溝部４２１、４２２、４３１、４３２がそれぞれの振動腕部１２０、１３０の主面に二本ずつ設けられており、二本の溝部４２１、４２２又は４３１、４３２のうち、第一中心線Ｃ１、Ｃ２より＋Ｘ軸方向側にある一方の溝部４２１、４３１の開口部の大きさが、第一中心線より−Ｘ軸方向側にある他方の溝部４２２、４３２の開口部の大きさに比べて大きくなっている点で異なっている。本発明の第四実施形態に係る音叉型水晶素子４００は、図５に示すように、基部１１０、第一振動腕部１２０、第一溝部４２１、第二溝部４２２、第一突起部４２３、第二突起部４２４、第二振動腕部１３０、第三溝部４３１、第四溝部４３２、第三突起部４３３及び第四突起部４３４から構成されている。音叉型水晶素子４００は、その表面に所望する各種電極パターンを形成することにより、音叉型屈曲水晶振動素子やジャイロセンサ素子を構成するために用いられている。この音叉型水晶素子４００は、フォトリソグラフィ技術と化学エッチング技術により、同じ工程中において形成される。本発明の第二実施形態に係る音叉型水晶素子４００は、第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０それぞれに設けられる溝部の形態において、本発明の第三実施形態に係る音叉型水晶素子３００と異なっている。尚、音叉型水晶素子４００において、本発明の第一実施形態に係る音叉型水晶素子１００の構成要素と同じ形態となる構成要素には、同じ符号を付与している。
【００４８】
第一溝部４２１及び第二溝部４２２は、例えば、その表面に所望のパターンの電極を形成し、その電極に電位を印加することにより、溝部を設けていない場合に比べてより大きな電界強度を得るために用いるものである。第一溝部４２１及び第二溝部４２２は、第一振動腕部１２０の表裏主面に各一本ずつ、第一振動腕部１２０の長さ方向に平行に且つ第一振動腕部１２０の幅方向に並んで、第一振動腕部１２０の表裏両主面で対向するように設けられている。第一溝部４２１及び第二溝部４２２の一方の端部は、第一振動腕部１２０と基部１１０との境界部分に設けられており、第一溝部４２１及び第二溝部４２２の他方の端部は、第一振動腕部１２０の先端側に位置するように設けられている。第一溝部４２１及び第二溝部４２２の長さは、例えば、第一振動腕部１２０の長さの５０〜８０％となっている。
【００４９】
第一突起部４２３は、第一溝部４２１と音叉型水晶素子４００の外形形状とを同時にエッチングにより形成するため、及び第一溝部４２１をエッチングにより形成する際に、水晶結晶のエッチング異方性による各結晶方位のエッチングレートの違いによって第一溝部４２１内に生じる斜面の数を減少させ、対称性が良好な断面形状の第一溝部４２１を形成するために用いられる。第一突起部４２３は、第一溝部４２１内の＋Ｘ軸側の長さ方向側面から−Ｘ軸側の長さ方向側面に向かって、Ｘ′軸方向に延びるように、等間隔で複数個設けられている。第一突起部４２３の突出寸法は、第一溝部４２１の幅寸法により変わるものであり、例えば、０．００２ｍｍ程度となっている。
【００５０】
第二突起部４２４は、第二溝部４２２と音叉型水晶素子４００の外形形状とを同時にエッチングにより形成するため、及び第二溝部４２２をエッチングにより形成する際に、水晶結晶のエッチング異方性による各結晶方位のエッチングレートの違いによって第二溝部４２２内に生じる斜面の数を減少させ、対称性が良好な断面形状の第二溝部４２２を形成するために用いられる。第二突起部４２４は、第二溝部４２２内の＋Ｘ軸側の長さ方向側面から−Ｘ軸側の長さ方向側面に向かって、Ｘ′軸方向に延びるように、等間隔で複数個設けられている。第二突起部４２４の突出寸法は、第二溝部４２２の幅寸法により変わるものであり、例えば、０．００２ｍｍ程度となっている。
【００５１】
この第一突起部４２３を備えた第一溝部４２１及び第二突起部４２４を備えた第二溝部４２２は、基部１１０及び第一振動腕部１２０の厚み方向をＺ′軸とし、第一振動腕部１２０が延びる方向をＹ′軸とし、Ｙ′軸およびＺ′軸と直交する方向をＸ軸としたＸＹ′Ｚ′直交座標系を定義した場合、第一振動腕部１２０に、第一振動腕部１２０を幅方向に二分し且つ長さ方向に平行な直線を第一中心線Ｃ１と仮定し、第一中心線Ｃ１から＋Ｘ軸方向側の部分の第一振動腕部１２０の体積と、第一中心線Ｃ１から−Ｘ軸方向側の部分の第一振動腕部１２０の体積とが同じとなるように、第一中心線Ｃ１より＋Ｘ軸方向側にある第一溝部４２１の開口部の大きさが、第一中心線Ｃ１より−Ｘ軸方向側にある第二溝部４２２の開口部の大きさに比べて大きくなっている。この第一中心線Ｃ１より＋Ｘ軸方向側にある第一溝部４２１の開口部の大きさは、第一中心線Ｃ１より−Ｘ軸方向側にある第二溝部４２２の開口部の大きさに比べ、幅寸法において、例えば、０．３μｍ〜２μｍの範囲で大きくなっており、０．５μｍ〜１μｍの範囲とすることが望ましい。
【００５２】
第三溝部４３１及び第四溝部４３２は、例えば、その表面に所望のパターンの電極を形成し、その電極に電位を印加することにより、溝部を設けていない場合に比べてより大きな電界強度を得るために用いるものである。第三溝部４３１及び第四溝部４３２は、第二振動腕部１３０の表裏主面に各一本ずつ、第二振動腕部１３０の長さ方向に平行に且つ第二振動腕部１３０の幅方向に並んで、第二振動腕部１３０の表裏両主面で対向するように設けられている。第三溝部４３１及び第四溝部４３２の一方の端部は、第二振動腕部１３０と基部１１０との境界部分に設けられており、第三溝部４３１及び第四溝部４３２の他方の端部は、第二振動腕部１３０の先端側に位置するように設けられている。第三溝部４３１及び第四溝部４３２の長さは、例えば、第二振動腕部１３０の長さの５０〜８０％となっている。
【００５３】
第三突起部４３３は、第三溝部４３１と音叉型水晶素子４００の外形形状とを同時にエッチングにより形成するため、及び第三溝部４３１をエッチングにより形成する際に、水晶結晶のエッチング異方性による各結晶方位のエッチングレートの違いによって第三溝部４３１内に生じる斜面の数を減少させ、対称性が良好な断面形状の第三溝部４３１を形成するために用いられる。第三突起部４３３は、第三溝部４３１内の＋Ｘ軸側の長さ方向側面から−Ｘ軸側の長さ方向側面に向かって、Ｘ′軸方向に延びるように、等間隔で複数個設けられている。第三突起部４３３の突出寸法は、第三溝部４３１の幅寸法により変わるものであり、例えば、０．００２ｍｍ程度となっている。
【００５４】
第四突起部４３４は、第四溝部４３２と音叉型水晶素子４００の外形形状とを同時にエッチングにより形成するため、及び第四溝部４３２をエッチングにより形成する際に、水晶結晶のエッチング異方性による各結晶方位のエッチングレートの違いによって第四溝部４３２内に生じる斜面の数を減少させ、対称性が良好な断面形状の第四溝部４３２を形成するために用いられる。第四突起部４３４は、第四溝部４３２内の＋Ｘ軸側の長さ方向側面から−Ｘ軸側の長さ方向側面に向かって、Ｘ′軸方向に延びるように、等間隔で複数個設けられている。第四突起部４３４の突出寸法は、第四溝部４３２の幅寸法により変わるものであり、例えば、０．００２ｍｍ程度となっている。
【００５５】
この第三突起部４３３を備えた第三溝部４３１及び第四突起部４３４を備えた第四溝部４３２は、基部１１０及び第二振動腕部１３０の厚み方向をＺ′軸とし、第二振動腕部１３０が延びる方向をＹ′軸とし、Ｙ′軸およびＺ′軸と直交する方向をＸ軸としたＸＹ′Ｚ′直交座標系を定義した場合、第二振動腕部１３０に、第二振動腕部１３０を幅方向に二分し且つ長さ方向に平行な直線を第一中心線Ｃ２と仮定し、第一中心線Ｃ２から＋Ｘ軸方向側の部分の第二振動腕部１３０の体積と、第一中心線Ｃ２から−Ｘ軸方向側の部分の第二振動腕部１３０の体積とが同じとなるように、第一中心線Ｃ２より＋Ｘ軸方向側にある第三溝部４３１の開口部の大きさが、第一中心線Ｃ２より−Ｘ軸方向側にある第四溝部４３２の開口部の大きさに比べて大きくなっている。この第一中心線Ｃ２より＋Ｘ軸方向側にある第三溝部４３１の開口部の大きさは、第一中心線Ｃ２より−Ｘ軸方向側にある第四溝部４３２の開口部の大きさに比べ、幅寸法において、例えば、０．３μｍ〜２μｍの範囲で大きくなっており、０．５μｍ〜１μｍの範囲とすることが望ましい。
【００５６】
本発明の第四実施形態に係る音叉型水晶素子４００は、基部１１０と、この基部１１０の側面より同一の方向に延びる第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０とを備え、第一振動腕部１２０の主面には、第一溝部４２１及び第二溝部４２２が、第一振動腕部１２０の長さ方向に平行に且つ幅方向に並んで設けられており、第二振動腕部１３０の主面には、第三溝部４３１及び第四溝部４３２が第二振動腕部１３０の長さ方向に平行に且つ幅方向に並んで設けられており、基部１１０、第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０の厚み方向をＺ′軸とし、第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０が延びる方向をＹ′軸とし、Ｙ′軸およびＺ軸と直交する方向をＸ軸としたＸＹ′Ｚ′直交座標系を定義した場合、各々の振動腕部に、振動腕部を幅方向に二分し且つ長さ方向に平行な直線を第一中心線Ｃ１、Ｃ２と仮定し、この第一中心線Ｃ１、Ｃ２から＋Ｘ軸方向側の部分の振動腕部の体積と、第一中心線Ｃ１，Ｃ２から−Ｘ軸方向側の部分の振動腕部の体積とが同じとなるように、第一溝部４２１及び第二溝部４２２は第一振動腕部１２０の主面に一本ずつ設けられており、第三溝部４３１及び第四溝部４３２は第二振動腕部１３０の主面に一本ずつ設けられており、第一中心線Ｃ１より＋Ｘ軸方向側にある第一溝部４２１の開口部の大きさが、第一中心線Ｃ１より−Ｘ軸方向側にある第二溝部４２２の開口部の大きさに比べて大きくなっており、第一中心線Ｃ２より＋Ｘ軸方向側にある第三溝部４３１の開口部の大きさが、第一中心線Ｃ２より−Ｘ軸方向側にある第四溝部４３２の開口部の大きさに比べて大きくなっている。
【００５７】
このような構成を有することにより、第一振動腕部１２０は、第一溝部４２１及び第二溝部４２２内に設けられた第一突起部４２３及び第二突起部４２４と第一溝部４２１及び第二溝部４２２の断面形状のエッチング異方性による僅かな非対称性によって、第一振動腕部１２０の体積が＋Ｘ軸方向側に偏ってあることを調整できるので、第一中心線Ｃ１に対し＋Ｘ軸方向側と−Ｘ軸方向側とで体積及び質量が同じとすることができ、第二振動腕部１３０は、第三溝部４３１及び第四溝部４３２内に設けられた第三突起部４３３及び第四突起部４３４と第三溝部４３１及び第四溝部４３２の断面形状のエッチング異方性による僅かな非対称性によって、第二振動腕部１３０の体積が＋Ｘ軸方向側に偏ってあることを調整できるので、第一中心線Ｃ２に対し＋Ｘ軸方向側と−Ｘ軸方向側とで体積及び質量が同じとすることができる。このような第一振動腕部１２０及び第二振動腕部１３０を振動させた場合、各振動腕部の＋Ｘ軸方向側の振動と−Ｘ軸方向側の振動とが同じバランスで振動することが可能となり、音叉型水晶素子の表面に電極を設けて音叉型屈曲水晶振動素子を形成したときの等価直列抵抗値が大きくなることを抑えることが可能となる。このように、等価直列抵抗値の増加が軽減された音叉型屈曲水晶振動素子では、振動の抑制や、振動停止のおそれが低下する。また、音叉型屈曲水晶振動素子としての等価直列抵抗値の増加が抑えられているので、振動の起動及び維持に多くの電力を必要とせず省電力とすることが可能となる。
【００５８】
尚、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば、前述した各実施形態では、各振動腕部の表裏両主面に各溝部を設けた形態を示したが、各振動腕部の表裏どちらか一方の主面のみに各溝部を設けた形態でも構わない。また、前述した第一実施形態の変形例として示した支持腕部１４０は、他の実施形態における音叉型水晶素子にも適用することが可能である。また、前述した各実施形態では、各突起部をそれぞれの溝部内に等間隔に設けた形態を示したが、小型化が進んだ音叉型水晶素子の大きさによっては、各突起部をそれぞれの溝部内に等間隔に設けなくても良く、更に音叉型水晶素子の小型化が進んだ場合は、各突起部を設けなくても構わない。
【符号の説明】
【００５９】
１００、２００、３００、４００・・・音叉型水晶素子
１１０・・・基部
１２０・・・第一振動腕部
１３０・・・第二振動腕部
１２１、２２１、３２１、４２１・・・第一溝部
１３１、２３１、３２２、４２２・・・第二溝部
１２２、２２２、３２３、４３２・・・第一突起部
１３２、２３２、３２４、４２４・・・第二突起部
３３１、４３１・・・第三溝部
３３２、４３２・・・第四溝部
３３３、４３３・・・第三突起部
３３４、４３４・・・第四突起部
Ｃ１、Ｃ２・・・第一中心線
Ｄ１、Ｄ２・・・第二中心線
Ｅ１、Ｅ２・・・第三中心線
１４０・・・支持腕部
【図１】
0006525821.tif 000002
【図２】
0006525821.tif 000003
【図３】
0006525821.tif 000004
【図４】
0006525821.tif 000005
【図５】
0006525821.tif 000006