(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、この基部から同じ長手方向に延びた一対の振動腕部と、これらの振動腕部の間の前記基部から前記長手方向に突き出た突起部と、この突起部の先端から前記長手方向に形成された第一のスリットと、前記基部上、前記一対の振動腕部上及び前記突起部上に形成された電極膜と、を備えた音叉型水晶振動素子であって、
前記突起部は、前記基部側を底辺とし前記先端側を頂点とする三角状突起と、この三角状突起の頂点側から前記先端までに設けられた四角状突起とを有し、
前記突起部の先端から前記一対の振動腕部の一方までの間及び前記突起部の先端から前記一対の振動腕部の他方までの間のうち、エッチング残渣が大きく生じる方に、少なくとも一本の第二のスリットが形成され、
前記第一及び第二のスリットは、前記電極膜を切り離している、
ことを特徴とする音叉型水晶振動素子。
【請求項２】
前記第一及び第二のスリットは前記突起部にのみ形成された、
請求項１記載の音叉型水晶振動素子。
【請求項３】
前記三角状突起は、前記底辺を挟む二辺が当該三角状突起の外側に凸となる形状である、
請求項１又は２記載の音叉型水晶振動素子。
【請求項４】
前記三角状突起は、前記底辺を挟む二辺が当該三角状突起の外側に凹となる形状である、
請求項１又は２記載の音叉型水晶振動素子。
【請求項５】
前記第一及び第二のスリットは、前記一対の振動腕部の互いに向き合う面に形成された前記電極膜を切り離している、
請求項１乃至４のいずれか一つに記載の音叉型水晶振動素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば基準信号源やクロック信号源に用いられる音叉型水晶振動素子（以下「音叉素子」と略称する。）について説明する。
【背景技術】
【０００２】
図７は、関連技術１の音叉素子（特許文献１参照）を示す概略平面図である。以下、この図面に基づき説明する。
【０００３】
関連技術１の音叉素子９１０は、基部９１１と、基部９１１から同一方向に延設された一対の振動腕部９１２ａ，９１２ｂと、振動腕部９１２ａ，９１２ｂの相互間に設けられた突起部９１３と、突起部９１３の先端から形成されたスリット９１４と、を備えている。基部９１１、振動腕部９１２ａ，９１２ｂ、突起部９１３及びスリット９１４は、水晶のウェットエッチングによって形成される。スリット９１４は、電極膜をリフトオフ法で形成する際に、その電極膜を切り離す役割を果たす。
【０００４】
突起部９１３は、基部９１１側を底辺とし先端側を頂点とする、平面視略二等辺三角形状となっている。このように、突起部９１３を三角形状にすることにより、突起部を細長い棒状にする場合に比べて、次の利点を生ずる。
【０００５】
突起部９１３が幅広になるので、エッチングのばらつきによってエッチングが進み過ぎた場合の影響が少ない、突起部９１３を覆うエッチング用レジスト膜の剥離が抑えられる、及び、製造工程中の衝撃による突起部９１３の損傷が抑えられる。エッチング残渣の生ずる部分が突起部９１３によって占有されるので、振動腕部９１２ａ，９１２ｂの根本に生ずるエッチング残渣の低減及び均等化が図れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−２３１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、スリット９１４は、電極膜を切り離すためにある程度の長さＬを要するため、突起部９１３のみならず基部９１１内にまで形成しなければならなかった。その結果、関連技術１では、スリット９１４を介して基部９１１が損傷するという、基部９１１の耐衝撃性の低下を招いていた。
【０００８】
なお、突起部９１３の底角θを極めて大きくすれば、スリット９１４を突起部９１３内に収められる。ところがその場合は、突起部９１３と振動腕部９１２ａ，９１２ｂとの間が狭くなることにより、エッチング残渣によって突起部９１３と振動腕部９１２ａ，９１２ｂとが部分的に一体化されるので、振動腕部９１２ａ，９１２ｂの動作に悪影響を与えてしまう。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、一対の振動腕部間の突起部を三角形状にした利点を生かしつつ、基部の耐衝撃性を向上し得る音叉素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る音叉素子は、
基部と、この基部から同じ長手方向に延びた一対の振動腕部と、これらの振動腕部の間の前記基部から前記長手方向に突き出た突起部と、この突起部の先端から前記長手方向に形成された第一のスリットと、前記基部上、前記一対の振動腕部上及び前記突起部上に形成された電極膜と、を備えた音叉型水晶振動素子であって、
前記突起部は、前記基部側を底辺とし前記先端側を頂点とする三角状突起と、この三角状突起の頂点側から前記先端までに設けられた四角状突起とを有し、
前記突起部の先端から前記一対の振動腕部の一方までの間及び前記突起部の先端から前記一対の振動腕部の他方までの間のうち、エッチング残渣が大きく生じる方に、少なくとも一本の第二のスリットが形成され、
前記第一及び第二のスリットは、前記電極膜を切り離している、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、一対の振動腕部間の突起部を基部側の三角状突起と先端側の四角状突起とから構成することにより、スリットのうち基部に設けていた部分を突起部へ移設できるので、突起部を三角形状にした利点を生かしつつ、スリットを介した基部の損傷を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１の音叉素子を示す平面図である。
【図２】図２［Ａ］は図１におけるIIａ−IIａ線断面図であり、図２［Ｂ］は図１の音叉素子を素子搭載部材に実装した状態を示す概略断面図である。
【図３】実施形態１の音叉素子の変形例を示す概略平面図であり、図３［Ａ］は第一例、図３［Ｂ］は第二例である。
【図４】他の実施形態の音叉素子を示す概略平面図であり、図４［Ａ］は実施形態２、図４［Ｂ］は実施形態３である。
【図５】実施形態４の音叉素子を示す概略平面図である。
【図６】実施形態４の音叉素子の効果を示す概略平面図であり、図６［Ａ］は比較例（実施形態１）、図６［Ｂ］は実施形態４である。
【図７】関連技術１を示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という。）について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については同一の符号を用いる。また、図面に描かれた形状は、当業者が理解しやすいように描かれているため、実際の寸法及び比率とは必ずしも一致していない。
【００１４】
図１は、実施形態１の音叉素子を示す平面図である。図２［Ａ］は、図１におけるIIａ−IIａ線断面図である。図２［Ｂ］は、図１の音叉素子を素子搭載部材に実装した状態を示す概略断面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。
【００１５】
図１及び図２［Ａ］に示すように、本実施形態１の音叉素子１０は、基部１１と、基部１１から同じ長手方向に延びた一対の振動腕部１２ａ，１２ｂと、振動腕部１２ａ，１２ｂの間の基部１１から前記長手方向に突き出た突起部１３と、突起部１３の先端１３０から前記長手方向に形成されたスリット１４と、を備えている。そして、突起部１３は、基部１１側を底辺１３１ａとし先端１３０側を頂点１３１ｂとする三角状突起１３１と、三角状突起１３１の頂点１３１ｂ側から先端１３０までに設けられた四角状突起１３２と、を有する。
【００１６】
振動腕部１２ａ，１２ｂは、それぞれ基部１１から同じ方向に延設され、その延設方向に沿って溝部１５ａ，１５ｂが設けられている。振動腕部１２ａ，１２ｂの先端には、それぞれ周波数調整用の錘部１６ａ，１６ｂが設けられている。基部１１、振動腕部１２ａ，１２ｂ、突起部１３、スリット１４及び錘部１６ａ，１６ｂは、水晶のウェットエッチングによって形成された水晶振動片１９からなる。音叉素子１０は、水晶振動片１９の他に、パッド電極２１ａ，２１ｂ、励振電極２２ａ，２２ｂ、周波数調整用金属膜２３ａ，２３ｂ、配線パターン２４ａ，２４ｂなども備えている。
【００１７】
三角状突起１３１は平面視略二等辺三角形状であり、底辺１３１ａを挟む二つの辺１３１ｃ，１３１ｄは直線状になっている。四角状突起１３２は平面視略長方形状である。スリット１４は、励振電極２２ａと励振電極２２ｂとが短絡しないように、電極膜をリフトオフ法で形成する際に、その電極膜を切り離す役割を果たす。
【００１８】
次に、音叉素子１０の構成について更に詳しく説明する。
【００１９】
基部１１は、平面視略四角形の平板となっている。水晶振動片１９は、基部１１、振動腕部１２ａ，１２ｂ、突起部１３及び錘部１６ａ，１６ｂが一体となって音叉形状をなしており、成膜技術、フォトリソグラフィ技術、ウェットエッチング技術によって製造される。また、基部１１から振動腕部１２ａ，１２ｂの短手方向に延び、その先端から更に振動腕部１２ａ，１２ｂの長手方向に延びる、支持腕部を設けてもよい。
【００２０】
溝部１５ａ，１５ｂは、振動腕部１２ａの表裏面に二本ずつ及び振動腕部１２ｂの表裏面に二本ずつ、基部１１との境界部分から振動腕部１２ａ，１２ｂの先端に向って、振動腕部１２ａ，１２ｂの長手方向と平行に所定の長さで設けられる。なお、溝部１５ａ，１５ｂは、本実施形態１では振動腕部１２ａの表裏面に二本ずつ及び振動腕部１２ｂの表裏面に二本ずつ設けられているが、それらの本数に制限はなく、例えば振動腕部１２ａの表裏面に一本ずつ及び振動腕部１２ｂの表裏面に一本ずつ設けてもよく、また、表裏のどちらか片面にのみ設けてもよい。溝部１５ａ，１５ｂ内には、ウェットエッチング時に貫通しないように、エッチング抑制パターンを設けてもよい。
【００２１】
振動腕部１２ａには、水晶を挟んで対向する平面同士が同極となるように、両側面に励振電極２２ａが設けられ、表裏面の溝部１５ａの内側に励振電極２２ｂが設けられる。同様に、振動腕部１２ｂには、水晶を挟んで対向する平面同士が同極となるように、両側面に励振電極２２ｂが設けられ、表裏面の溝部１５ｂの内側に励振電極２２ａが設けられる。したがって、振動腕部１２ａにおいては両側面に設けられた励振電極２２ａと溝部１５ａ内に設けられた励振電極２２ｂとが異極同士となり、振動腕部１２ｂにおいては両側面に設けられた励振電極２２ｂと溝部１５ｂ内に設けられた励振電極２２ａとが異極同士となる。
【００２２】
基部１１にはパッド電極２１ａ，２１ｂ及び配線パターン２４ａ，２４ｂが設けられ、錘部１６ａ，１６ｂには周波数調整用金属膜２３ａ，２３ｂが設けられる。配線パターン２４ａはパッド電極２１ａと励振電極２２ａとの間を電気的に接続し、配線パターン２４ｂはパッド電極２１ｂと励振電極２２ｂとの間を電気的に接続する。パッド電極２１ａ、励振電極２２ａ、周波数調整用金属膜２３ａ及び配線パターン２４ａは、互いに電気的に導通している。パッド電極２１ｂ、励振電極２２ｂ、周波数調整用金属膜２３ｂ及び配線パターン２４ｂも、互いに電気的に導通している。
【００２３】
図２［Ｂ］に示すように、音叉素子１０は、パッド電極２１ａ，２１ｂ（図１）及び導電性接着剤３１を介して、素子搭載部材３２側のパッド電極３３に片持ち梁状に固定されると同時に電気的に接続される。音叉素子１０が実装された素子搭載部材３２は、蓋部材３４によって封止される。その封止方法には、例えば金錫封止や電気溶接や溶融ガラスが用いられる。
【００２４】
水晶の結晶は三方晶系である。水晶の頂点を通る結晶軸をＺ軸、Ｚ軸に垂直な平面内の稜線を結ぶ三つの結晶軸をＸ軸、Ｘ軸及びＺ軸に直交する座標軸をＹ軸とする。ここで、これらのＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる座標系をＸ軸を中心として例えば±５度の範囲で回転させたときの回転後のＹ軸及びＺ軸を、それぞれＹ’軸及びＺ’軸とする。この場合、本実施形態１では、二本の振動腕部１２ａ，１２ｂの長手方向がＹ’軸の方向であり、二本の振動腕部１２ａ，１２ｂの短手方向がＸ軸の方向である。また、法線が＋Ｘ軸方向を向く結晶面が＋Ｘ面であり、法線が−Ｘ軸方向を向く結晶面が−Ｘ面である。
【００２５】
次に、音叉素子１０の動作を説明する。音叉素子１０を屈曲振動させる場合、パッド電極２１ａ，２１ｂに交番電圧を印加する。印加後のある電気的状態を瞬間的に捉えると、振動腕部１２ａの表裏の溝部１５ａに設けられた励振電極２２ｂはプラス電位となり、振動腕部１２ａの両側面に設けられた励振電極２２ａはマイナス電位となり、プラスからマイナスに電界が生じる。このとき、振動腕部１２ｂの表裏の溝部１５ｂに設けられた励振電極２２ａはマイナス電位となり、振動腕部１２ｂの両側面に設けられた励振電極２２ｂはプラス電位となり、振動腕部１２ａに生じた極性とは反対の極性となり、プラスからマイナスに電界が生じる。この交番電圧で生じた電界によって、振動腕部１２ａ，１２ｂに伸縮現象が生じ、所定の共振周波数の屈曲振動モードが得られる。
【００２６】
次に、音叉素子１０の作用及び効果について説明する。
【００２７】
音叉素子１０によれば、一対の振動腕部１２ａ，１２ｂ間の突起部１３を基部１１側の三角状突起１３１と先端１３０側の四角状突起１３２とから構成することにより、スリット１４のうち基部１１に設けられていた部分を突起部１３へ移設できるので、突起部１３を三角形状にした利点を生かしつつ、スリット１４を介した基部１１の損傷を低減できる。
【００２８】
つまり、突起部１３が三角状突起１３１を有するので、突起部１３を三角形状にした利点をそのまま生かすことができる。かつ、三角状突起１３１の頂点１３１ｂ側に四角状突起１３２を付設したことにより、図７に示すスリット９１４のうち基部９１１内に形成されていた部分９１４ａについて、その全部又は一部を突起部１３へ移すことができる。
【００２９】
更に、スリット１４が突起部１３にのみ形成された場合（すなわち図７に示すスリット９１４の部分９１４ａを全て突起部へ移した場合）は、基部１１に脆弱な部分が無くなり機械的強度が増すので、スリット１４を介した基部１１の損傷を更に低減できる。
【００３０】
次に、音叉素子１０の変形例について説明する。図３は実施形態１の音叉素子の変形例を示す概略平面図であり、図３［Ａ］は第一例、図３［Ｂ］は第二例である。なお、図３以降の図面では、電極や錘部の図示を省略している。
【００３１】
図３［Ａ］に示す本第一例の音叉素子１０’では、実施形態１に比べて、三角状突起１３１’が小さくなっており、その分、四角状突起１３２’が大きくなっている。換言すると、底辺１３１ａ’の両端が振動腕部１２ａ，１２ｂから離れている。音叉素子１０’によれば、三角状突起１３１’と振動腕部１２ａ，１２ｂとの間を広く採れるので、エッチング残渣が三角状突起１３１’と振動腕部１２ａ，１２ｂとを部分的に一体化させることを低減できる。
【００３２】
図３［Ｂ］に示す本第二例の音叉素子１０''では、実施形態１に比べて、四角状突起１３２''が小さくなっており、その分、スリット１４''の部分１４ａが基部１１内に入り込んでいる。ただし、スリット１４''の部分１４ａの長さは、図７に示すスリット９１４の部分９１４ａに比べて、四角状突起１３２''を設けた分だけ短くなる。音叉素子１０''によれば、四角状突起１３２''が短いので、四角状突起１３２''の衝撃による損傷を低減できる。
【００３３】
本変形例１、２のその他の構成、作用及び効果は、実施形態１のそれらと同様である。
【００３４】
次に、実施形態２、３について説明する。図４は他の実施形態の音叉素子を示す概略平面図であり、図４［Ａ］は実施形態２、図４［Ｂ］は実施形態３である。図１に示す実施形態１では、底辺１３１ａを挟む二つの辺１３１ｃ，１３１ｄが直線状であった。しかし、それらの辺は、直線状に限らず、曲線状や折れ線状などであってもよい。本実施形態２、３ではそれらの辺が曲線状になっている。
【００３５】
図４［Ａ］に示す本実施形態２の音叉素子４０では、突起部４３が三角状突起４３１を有する。三角状突起４３１は、底辺１３１ａを挟む二つの辺４３１ｃ，４３１ｄが三角状突起４３１の外側に凸となる形状である。音叉素子４０によれば、三角状突起４３１を外側に膨らんだ三角形としたことにより、三角状突起４３１の面積が増えるので、突起部４３を覆うエッチング用レジスト膜の剥離をより抑えることができる。
【００３６】
図４［Ｂ］に示す本実施形態３の音叉素子５０では、突起部５３が三角状突起５３１を有する。三角状突起５３１は、底辺１３１ａを挟む二つの辺５３１ｃ，５３１ｄが三角状突起５３１の外側に凹となる形状である。音叉素子５０によれば、三角状突起５３１を内側に窪んだ三角形としたことにより、三角状突起５３１と振動腕部１２ａ，１２ｂとの間を広く採れるので、エッチング残渣が三角状突起５３１と振動腕部１２ａ，１２ｂとを部分的に一体化させることを低減できる。
【００３７】
本実施形態２、３のその他の構成、作用及び効果は、実施形態１のそれらと同様である。
【００３８】
次に、実施形態４について説明する。図５は、実施形態４の音叉素子を示す概略平面図である。
【００３９】
本実施形態４の音叉素子６０は、突起部１３の先端１３０から振動腕部１２ａまでの間及び突起部１３の先端１３０から振動腕部１２ｂまでの間のうち、エッチング残渣が大きく生じる方に、少なくとも一本の別のスリット６４が形成されている。
【００４０】
フッ酸などを用いた水晶のウェットエッチングでは、水晶に特有の異方性エッチングによって、エッチング残渣が水晶に付着する。四角状突起１３２には、図において左側面に＋Ｘ面、右側面に−Ｘ面がそれぞれ現れる。−Ｘ面に生じるエッチング残渣は、＋Ｘ面に生じるエッチング残渣よりも大きくなる。つまり、先端１３０から−Ｘ軸方向にあるエッチング残渣は、先端１３０から＋Ｘ軸方向にあるエッチング残渣よりも大きくなる。そのため、本実施形態４では、先端１３０から振動腕部１２ｂまでの間に、別のスリット６４が形成されている。
【００４１】
先端１３０から振動腕部１２ｂまでの間にもう一本のスリット６４を形成することにより、突起部１３の先端１３０から見て−Ｘ軸方向にあるエッチング残渣の大きさを、＋Ｘ軸方向にあるエッチング残渣の大きさに近づけることができる。換言すると、振動腕部１２ａ，１２ｂの根本にあるエッチング残渣の各々の剛性を同じにすることができる。よって、本実施形態４では、振動腕部１２ａ，１２ｂの屈曲振動のバランスが良好になることにより、異常な振動を抑制できるので、音叉素子６０の電気的特性を向上できる。これに加え、二本のスリット１４，６４を設けたことにより、二本のうちのどちらか一本で電極膜を分離できればよいので、電極膜の分離不良を低減できる。
【００４２】
次に、音叉素子６０の効果について、図面に基づき説明する。図６は実施形態４の音叉素子の効果を示す概略平面図であり、図６［Ａ］は比較例（実施形態１）、図６［Ｂ］は実施形態４である。なお、図６ではエッチング残渣の一例を図示しているが、他の図面ではエッチング残渣の図示を省略している。
【００４３】
図６［Ａ］に示す音叉素子１０では、先端１３０から振動腕部１２ｂまでの間に別のスリットが形成されていない。そのため、先端１３０から−Ｘ軸方向にあるエッチング残渣Ｅｒ１は、先端１３０から＋Ｘ軸方向にあるエッチング残渣Ｅｌ１よりも大きくなる。すなわち、（エッチング残渣Ｅｒ１の面積）＞（エッチング残渣Ｅｌ１の面積）が成り立つ。
【００４４】
これに対し、図６［Ｂ］に示す音叉素子６０では、先端１３０から振動腕部１２ｂまでの間に別のスリット６４が形成されている。そのため、先端１３０から−Ｘ軸方向にあるエッチング残渣Ｅｒ４の大きさは、先端１３０から＋Ｘ軸方向にあるエッチング残渣Ｅｌ４の大きさに近くなる。すなわち、（エッチング残渣Ｅｒ４の面積）≒（エッチング残渣Ｅｌ４の面積）が成り立つ。
【００４５】
ここで、スリット１４，６４の寸法の一例を述べる。振動腕部１２ａ，１２ｂの長手方向に平行な寸法を「長さ」、振動腕部１２ａ，１２ｂの短手方向に平行な寸法を「幅」とする。このとき、スリット１４は幅が１０〜１８μｍかつ長さが１００〜１１０μｍ、スリット６４は幅が４〜１５μｍかつ長さが１０〜５５μｍである。
【００４６】
本実施形態４のその他の構成、作用及び効果は、実施形態１乃至３のそれらと同様である。
【００４７】
以上、上記各実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、本発明には、上記各実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、基部、振動腕部及び突起部を備える音叉素子であれば、どのようなものにでも利用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
＜実施形態１＞
１０  音叉素子
１１  基部
１２ａ，１２ｂ  振動腕部
１３  突起部
１３０  先端
１３１  三角状突起
１３１ａ  底辺
１３１ｂ  頂点
１３１ｃ，１３１ｄ  辺
１３２  四角状突起
１４  スリット
１５ａ，１５ｂ  溝部
１６ａ，１６ｂ  錘部
１９  水晶振動片
２１ａ，２１ｂ  パッド電極
２２ａ，２２ｂ  励振電極
２３ａ，２３ｂ  周波数調整用金属膜
２４ａ，２４ｂ  配線パターン
３１  導電性接着剤
３２  素子搭載部材
３３  パッド電極
３４  蓋部材
Ｅｌ１，Ｅｒ１  エッチング残渣
＜変形例１＞
１０’  音叉素子
１３’  突起部
１３１’  三角状突起
１３１ａ’  底辺
１３２’  四角状突起
＜変形例２＞
１０''  音叉素子
１３''  突起部
１３２''  四角状突起
１４''  スリット
１４ａ  部分
＜実施形態２＞
４０  音叉素子
４３  突起部
４３１  三角状突起
４３１ｃ，４３１ｄ  辺
＜実施形態３＞
５０  音叉素子
５３  突起部
５３１  三角状突起
５３１ｃ，５３１ｄ  辺
＜実施形態４＞
６０  音叉素子
６４  スリット
Ｅｌ４，Ｅｒ４  エッチング残渣
＜関連技術１＞
９１０  音叉素子
９１１  基部
９１２ａ，９１２ｂ  振動腕部
９１３  突起部
９１４  スリット
９１４ａ  部分
Ｌ  スリットの長さ
θ  底角
【図１】
0006632347.tif 000002
【図２】
0006632347.tif 000003
【図３】
0006632347.tif 000004
【図４】
0006632347.tif 000005
【図５】
0006632347.tif 000006
【図６】
0006632347.tif 000007
【図７】
0006632347.tif 000008