(57)【要約】【課題】  厚み滑り振動を主振動とする圧電振動片において、主振動の減衰を緩やかに制御することにより圧電振動片の周辺端部での振動変位を小さくし、ＣＩ値を向上させ、また、他の振動モードを誘発せずに発振周波数を安定させる。【解決手段】  厚み滑りを主振動とする振動片１０において、一対の主面１１の厚さ方向に対向して設けた励振電極２０と、励振電極２０に接続され振動片１０の周辺端部に延伸された接続電極２１と、主面１１に励振電極２０の外周を囲み間隔を開けて励振電極２０と同じ厚さもしくは薄い厚さの突部３０，３１を設ける。【選択図】      図４
2005260692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み滑り振動を主振動とする圧電振動片であって、一対の主面において厚さ方向に対向して形成された励振電極と、前記励振電極に接続され前記圧電振動片の周辺端部に延伸された接続電極と、少なくとも一方の主面に前記励振電極の外周部を挟んで対峙するようにまたは前記励振電極を囲むように形成され前記励振電極と同じ厚さもしくは薄い厚さに形成された突部と、を備えたことを特徴とする圧電振動片。
【請求項２】
請求項１記載の圧電振動片において、前記突部が前記励振電極と同じ材料で形成されていることを特徴とする圧電振動片。
【請求項３】
請求項１または２に記載の圧電振動片において、前記突部が励振電極の外周部から圧電振動片の周辺端部に向かい間隔を開けて複数列設けられていることを特徴とする圧電振動片。
【請求項４】
請求項３記載の圧電振動片において、前記突部の厚さが励振電極の外周部から圧電振動片の周辺端部に向かい順次薄くなるように形成されていることを特徴とする圧電振動片。
【請求項５】
請求項３記載の圧電振動片において、前記突部を形成する間隔が励振電極の外周部から圧電振動片の周辺端部に向かい順次広くなるように形成されていることを特徴とする圧電振動片。
【請求項６】
請求項３記載の圧電振動片において、前記突部の幅が励振電極の外周部から圧電振動片の周辺端部に向かい順次狭くなるように形成されていることを特徴とする圧電振動片。
【請求項７】
請求項３記載の圧電振動片において、前記突部の厚さが励振電極の外周部から圧電振動片の周辺端部に向かい順次薄くなるように形成されており、さらに、前記突部を形成する間隔が励振電極の外周部から圧電振動片の周辺端部に向かい順次広くなるように形成されていることを特徴とする圧電振動片。
【請求項８】
請求項３記載の圧電振動片において、前記突部の厚さが励振電極の外周部から圧電振動片の周辺端部に向かい順次薄くなるように形成されており、さらに、前記突部の幅が励振電極の外周部から圧電振動片の周辺端部に向かい順次狭くなるように形成されていることを特徴とする圧電振動片。
【請求項９】
請求項３記載の圧電振動片において、前記突部を形成する間隔が励振電極の外周部から圧電振動片の周辺端部に向かい順次広くなるように形成されており、さらに、前記突部の幅が励振電極の外周部から圧電振動片の周辺端部に向かい順次狭くなるように形成されていることを特徴とする圧電振動片。
【請求項１０】
請求項３記載の圧電振動片において、前記突部の厚さが励振電極の外周部から圧電振動片の周辺端部に向かい順次薄くなるように形成されており、前記突部を形成する間隔が励振電極の外周部から圧電振動片の周辺端部に向かい順次広くなるように形成されており、さらに、前記突部の幅が励振電極の外周部から圧電振動片の周辺端部に向かい順次狭くなるように形成されていることを特徴とする圧電振動片。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の圧電振動片と、前記圧電振動片をその端部で電気的に接続された状態に固着保持する保持部と、を有することを特徴とする圧電振動子。
【請求項１２】
請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の圧電振動片と、前記圧電振動片を発振させるための回路部と、前記圧電振動片の端部を固着保持するとともに前記圧電振動片と前記回路部とを電気的に接続する保持部と、を有することを特徴とする圧電発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は厚み滑り振動を主振動とする圧電振動片において、主振動の減衰を緩やかにし圧電振動片の周辺端部での振動変位を小さくする、圧電振動片、圧電振動子および圧電発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、圧電振動子は各種電子機器や通信機器において、基準周波数信号源として広く用いられている。圧電振動子として特に、ＡＴカット水晶振動子は広い温度範囲での周波数安定性を有し、また、経時変化特性にも優れていることから電子機器から移動体通信用機器など、広範囲の機器に利用されている。
【０００３】
ＡＴカット水晶振動子は、一般に厚み滑り振動モードを主振動として用いられている。この厚み滑り振動では、振動片の中央に配置された励振電極直下に定在波を作り、その振動を共振周波数として取り出しているが、振動片の中央で発生した振動は減衰しながら振動片の周辺端部へ伝えられる。
【０００４】
ここで、振動片の外周部における減衰された振動は、振動片としての特性を確保するためには充分に減衰されている必要がある。振動片は振動片周辺端部において、セラミックなどの収容容器に導電性接着材などを介して固着されて保持される。このため、振動片周辺端部における振動が充分に減衰されていない場合には、振動片周辺端部の固着部分から振動が収容器に漏洩し、振動片中心部の振動が阻害されてクリスタルインピーダンス（以下、ＣＩ値と呼ぶ）を悪化させることになる。また、他の振動モードを誘発して発振周波数の安定性を低下させることにもなる。
【０００５】
厚み滑り振動の減衰振動を振動片周辺端部で充分に減衰させるために、特許文献１および特許文献２に示すような構成が開示されている。この構成によれば、励振電極の外周縁に沿って１本の溝を設けることにより、振動片周辺端部での振動を抑制、あるいは振動子としての特性を改善する構成となっている。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−９３０７６号公報
【特許文献２】特開２００１−２５７５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述の構成において、振動片に溝を形成するためにはフォトリソグラフィによる液相エッチング法により形成する必要がある。この方法においては、レジスト塗布、露光、現像、エッチング、洗浄等、多くの工程を経る必要があり、工数がかかるという問題がある。また、気相における振動片のエッチングも可能であるが、装置の高額化や大型化となり実用的ではない。  
【０００８】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであって、振動片に溝を形成することなく、振動片の励振部分の面積を充分確保し、しかも振動片周辺端部の振動を充分に減衰させ、良好な電気的特性を得る圧電振動片、圧電振動子および圧電発振器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】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明の圧電振動片は、厚み滑り振動を主振動とする圧電振動片であって、一対の主面において厚さ方向に対向して形成された励振電極と、励振電極に接続され前記圧電振動片の周辺端部に延伸された接続電極と、少なくとも一方の主面に励振電極の外周部を挟んで対峙するようにまたは励振電極を囲むように形成され励振電極と同じ厚さもしくは薄い厚さに形成された突部と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の圧電振動片によれば、圧電振動片の励振電極を挟むように、または囲むように突部を形成したことにより、主面中央部で発生した厚み滑り振動を緩やかに減衰させ、圧電振動片の周辺端部の振動変位を小さくすることができる。
つまり、主振動の減衰を緩やかにすることおよび、圧電振動片から保持部への振動の漏洩が低減されることにより、圧電振動子の主振動を阻害することなく、ＣＩ値を向上させ、また、他の振動モードを誘発せず発振周波数の安定した圧電振動片を得ることができる。
【００１１】
また、本発明の圧電振動片において、突部は励振電極と同じ材料で形成してもよい。
【００１２】
このようにすれば、真空蒸着やスパッタリングなどの励振電極および接続電極を形成する工程と、突部を形成する工程とを同じ工程でしかも同時に形成することができる。このため、量産性が優れ電気的特性の良好な圧電振動片を提供することができる。
【００１３】
また、本発明の圧電振動片において、突部を励振電極の外周部から圧電振動片の周辺端部に向かい間隔を開けて複数列設けてもよい。
【００１４】
このようにすれば、圧電振動片の中央部で発生した厚み滑り振動を段階的に減衰させ、圧電振動片の周辺端部の振動変位を小さくすることができる。また、単数の突部を形成した場合の急激な振動の減衰を、突部を複数列設けることにより段階的に減衰させることが可能になり、振動の減衰を緩やかに制御することができる。このようにして、本発明の圧電振動片は、主振動の励振部分面積を充分確保した上で、振動片周辺部での変位の減衰を得ることができ、圧電振動片として良好な電気特性を得ることができる。
【００１５】
また、本発明の圧電振動片において、突部の厚さが励振電極の外周部から圧電振動片の周辺端部に向かい順次薄く形成してもよい。
【００１６】
突部の厚さは薄くするほど振動の減衰効果があるため、このようにすれば、主振動の近い部分での減衰を緩やかにすることができる。このようにして、本発明の圧電振動片は、主振動の励振部分面積を充分確保した上で、振動片周辺部での変位の減衰を得ることができ、圧電振動片として良好な電気的特性を得ることができる。
【００１７】
また、本発明の圧電振動片において、突部を形成する間隔が励振電極の外周部から圧電振動片の周辺端部に向かい順次広く形成してもよい。
【００１８】
突部を形成する間隔は広くなるほど、振動の減衰効果があるため、このようにすれば、主振動の近い部分での減衰を緩やかにすることができる。このようにして、本発明の圧電振動片は、主振動の励振部分面積を充分確保した上で、振動片周辺部での変位の減衰を得ることができ、圧電振動片として良好な電気的特性を得ることができる。
【００１９】
また、本発明の圧電振動片において、突部の幅が励振電極の外周部から圧電振動片の周辺端部に向かい順次狭く形成してもよい。
【００２０】
突部の幅は狭くなるほど、振動の減衰効果があるため、このようにすれば、主振動の近い部分での減衰を緩やかにすることができる。このようにして、本発明の圧電振動片は、主振動の励振部分面積を充分確保した上で、振動片周辺部での変位の減衰を得ることができ、圧電振動片として良好な電気的特性を得ることができる。
【００２１】
また、本発明の圧電振動片において、突部の厚さが励振電極の外周部から圧電振動片の周辺端部に向かい順次薄くなっており、さらに、突部を形成する間隔が励振電極の外周部から圧電振動片の周辺端部に向かい順次広く形成してもよい。
【００２２】
このようにすれば、突部の厚さを変化させる効果に加えて、突部を形成する間隔を変化させる効果も加わり、主振動の近い部分での減衰を緩やかにすることができる。このようにして、本発明の圧電振動片は、主振動の励振部分面積を充分確保した上で、振動片周辺部での変位の減衰を得ることができ、圧電振動片として良好な電気的特性を得ることができる。
【００２３】
また、本発明の圧電振動片において、突部の厚さが励振電極の外周部から圧電振動片の周辺端部に向かい順次薄くなっており、さらに、突部の幅が励振電極の外周部から圧電振動片の周辺端部に向かい順次狭く形成してもよい。
【００２４】
このようにすれば、突部の厚さを変化させる効果に加え、突部の幅を変化させる効果が加わり、主振動の近い部分での減衰を緩やかにすることができる。このようにして、本発明の圧電振動片は、主振動の励振部分面積を充分確保した上で、振動片周辺部での変位の減衰を得ることができ、圧電振動片として良好な電気的特性を得ることができる。
【００２５】
また、本発明の圧電振動片において、突部を形成する間隔が励振電極の外周部から圧電振動片の周辺端部に向かい順次広くなるように形成されており、さらに、突部の幅が励振電極の外周部から圧電振動片の周辺端部に向かい順次狭くなるように形成してもよい。
【００２６】
このようにすれば、突部を形成する間隔を変化させる効果に加え、突部の幅を変化させる効果が加わり、主振動の近い部分での減衰を緩やかにすることができる。このようにして、本発明の圧電振動片は、主振動の励振部分面積を充分確保した上で、振動片周辺部での変位の減衰を得ることができ、圧電振動片として良好な電気的特性を得ることができる。
【００２７】
また、本発明の圧電振動片において、突部の厚さが励振電極の外周部から圧電振動片の周辺端部に向かい順次薄くなっており、突部を形成する間隔が励振電極の外周部から圧電振動片の周辺端部に向かい順次広くなっており、さらに、突部の幅が励振電極の外周部から圧電振動片の周辺端部に向かい順次狭く形成してもよい。
【００２８】
このようにすれば、突部の厚さを変化させる効果に加えて、突部を形成する間隔および幅を変化させる効果が加わり、主振動の近い部分での減衰を緩やかにすることができる。このようにして、本発明の圧電振動片は、主振動の励振部分面積を充分確保した上で、振動片周辺部での変位の減衰を得ることができ、圧電振動片として良好な電気的特性を得ることができる。
【００２９】
また、上述した本発明に係る圧電振動片と、圧電振動片を圧電振動片の周辺端部で固着し電気的接続をする保持部とを有する圧電振動子を提供することも可能となる。
【００３０】
このようにすれば、圧電振動片の端部での振動は充分に減衰されており、圧電振動片の端部で導電性接着材等を介して固着保持しても、振動片から保持部への振動の漏洩が低減でき、主振動を阻害することがない。また、特に圧電振動片に突部を複数設けた場合には、主振動の近くで減衰をさらに緩やかにすることができ、主振動を阻害することを低減できる。このように、本発明の圧電振動子は、圧電振動片の主面に突部を形成した効果を引き出し、電気的特性の優れた圧電振動子を提供できる。
【００３１】
さらに、上述した本発明に係る圧電振動片と、圧電振動片を発振させるための回路部と、圧電振動片の端部を固着保持するとともに圧電振動片と回路部とを電気的に接続する保持部とを有する圧電発振器を提供することも可能となる。
【００３２】
このようにすれば、圧電振動片の端部での振動は充分に減衰されており、圧電振動片の端部で導電性接着材等を介して固着保持しても、振動片から保持部への振動の漏洩が低減でき、主振動を阻害することがない。また、特に圧電振動片に突部を複数設けた場合には、主振動の近くでさらに減衰を緩やかにすることができ、主振動を阻害することを低減できる。このように、本発明の圧電発振器は、圧電振動片の主面に突部を形成した効果を引き出し、電気的特性の優れた圧電発振器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明するが、その前に本発明の原理についてＡＴカット水晶振動片（以下、振動片という）の場合で説明する。
【００３４】
厚み滑り振動の伝播は下記の数式１から４により表される。この数式１から４によれば、振動片上に周波数の違う領域が存在する場合、振動の伝播は周波数の高い方から低い方に向かって起こるが、周波数の低い方から高い方には、α、βが虚数となるために厚み滑り振動の伝播は起こらず減衰することになる。つまり、厚み滑り振動は周波数の低い励振電極のある部分から、周波数の高い励振電極のない周辺端部への伝播は起こらず減衰することになる。
【００３５】
【数１】
2005260692.tif 000003
【００３６】
【数２】
2005260692.tif 000004
【００３７】
【数３】
2005260692.tif 000005
【００３８】
【数４】
2005260692.tif 000006
Ｕ：厚み滑り振動のＸ方向、Ｚ´方向への変位、    Ｂ：振幅強度、
ω、ωS：メサ部分の角周波数および振動片の角周波数、
α、β：Ｘ、Ｚ´方向それぞれへの伝播定数、Ｃ55、Ｃ66：弾性スティフネス（所定の結晶方向における弾性率を表すマトリックスの中の定数）、
ｓ11、ｓ13、ｓ33：弾性コンプライアンス（所定の結晶方向における弾性率を表すマトリックスの中の定数）、
ｊ：虚数単位、ｔ：時間、ｘ：Ｘ方向の距離、ｚ´：Ｚ´方向の距離。
【００３９】
本発明は、上記の数式を用い、振動片に突部を形成することにより周波数の低い部分をつくり、振動の減衰を振動片の周辺端部で効果的に行うことを意図した。また、振動片の周辺端部における振動の減衰だけでなく、振動片中央部の励振部分を広く確保するなどしてインピーダンスの改良を図り、電気的特性の改善も考慮した。
つまり、本発明は振動片における突部に挟まれた凹部ついて、振動片周辺端部の振動を充分に減衰させるという観点と、周波数の低い領域が完全に機械的に分離された場合のスプリアス発生の問題も考慮して上記数式１から４を用い有限要素法（ＦＥＭ）にて、突部構造を有する振動片について解析した。
【００４０】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。本実施形態では圧電振動片の例として、ＡＴカット水晶振動片（以下、振動片という）を例にとり説明する。なお、以下図面での尺度は説明のために現尺ではなく、適宜拡大および縮小されている。
【実施例１】
【００４１】
図１は本実施例に使用される振動片の形状および結晶軸を説明する概略図、図２は本発明の実施例１を説明する振動片の概略図である。図２（ａ）は振動片の平面図、図２（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図、図２（ｃ）は同図（ｂ）の模式部分拡大図である。
【００４２】
図１に示すように圧電振動片としての振動片１０は、例えば共振周波数２７ＭＨｚ、Ｘ辺比（振動片におけるＸ軸方向寸法の振動片厚に対する比）３３、Ｚ辺比（振動片におけるＺ´軸方向寸法の振動片厚に対する比）２１に設計されている。
この振動片１０のＹ´軸およびＺ´軸は、ＩＥＣ（International Electro-technical Commission）規格に従った結晶軸の定義におけるＸ軸の＋Ｘ方向に向かって時計回りに３５．２５度回転してなる新座標軸である。振動片１０はＹ´軸方向に厚さ２ｂを有する矩形状の平板であり、Ｚ´軸に直交するＸ軸方向の寸法２ａおよび、Ｘ軸に直交するＺ´軸方向の寸法２ｃとする主面１１を表裏に有している。
【００４３】
次に図２に示すように、振動片１０の主面１１の中央部には励振電極２０が形成され、この励振電極２０に接続し、振動片１０の周辺端部に延伸された接続電極２１が設けられている。励振電極２０は振動片１０の厚さ方向に対向して表裏に形成されている。また、接続電極２１は振動片１０の表裏に形成され、それぞれの励振電極に電気的接続が可能に形成されている。励振電極２０、接続電極２１はＣｒを下地とし、Ａｕを電極材料として真空蒸着やスパッタリングなどの手法にて形成されている。
【００４４】
また、振動片１０の主面１１には、励振電極２０を囲むように突部３０が形成されている。突部３０は励振電極２０と同様に振動片１０の厚さ方向に対向するように、振動片１０の表裏に形成されている。この突部３０は励振電極２０、接続電極２１と同じ工程にて、Ｃｒを下地とし、Ａｕを電極材料として真空蒸着やスパッタリングなどの手法により同時に形成されている。
このように、この突部３０の厚さは励振電極２０、接続電極２１と同じ厚さで形成されている。本実施例では、励振電極２０の厚さはプレートバック量（励振電極を形成した部分における振動片主振動周波数の振動片周波数からの低下分を、振動片周波数で割った値をパーセンテージで表示した値）で８．８％相当の厚さとし、その厚さは片面でおよそ４００ｎｍとした。なお、突部３０と励振電極２０の隙間は振動片１０の厚さと同等の隙間とした。また、突部３０は他と電気的な接続はなされることはない。
【００４５】
次に、上記のような振動片を提案するにいたる有限要素法（ＦＥＭ）での解析結果について説明する。
図３は上述の振動片における振動変位を有限要素法にて解析した結果である。図３（ａ）は振動片１０のＸ軸方向における振動変位の有限要素法による解析結果、図３（ｂ）は振動片１０のＺ´軸方向における振動変位の有限要素法による解析結果である。なお、図３における縦軸は振動の変位量を比較のために任意の単位（Arbitrarily  Unit）として表してある。また、横軸は振動片１０のＸ軸方向またはＺ´軸方向の長さを示している。
【００４６】
図３（ａ）において、実線で表した曲線が振動片１０に突部３０を設けた場合のＸ軸方向振動変位であり、点線で表した曲線が振動片１０に突部を設けない場合のＸ軸方向振動変位である。
この結果によれば、振動片１０の保持部側Ｇにおいて良好な小さい振動変位を確保している。また、振動片１０のＸ軸方向における振動変位を比較すると、振動領域は突部３０を設けた場合の方が広くなっているのが分かる。これは、振動片１０に突部３０を設けたことにより、主振動の減衰を緩やかに制御でき、振動の減衰が主振動を阻害せずに良好な振動がなされていることを意味する。そしてこの結果は、励振電極２０の実効面積をあげることに等しく、ＣＩ値を低くする効果がある。
従来、ＣＩ値を低くするためには励振電極を厚くする手法が用いられていたが、この場合、エネルギー閉じ込めによる実効励振部分が狭くなるため、等価容量Ｃ1が小さくなり周波数可変量を低下させるという課題があった。本実施例によれば、励振電極の厚みを厚くしても外周の突部の影響でＣ1を小さくすることなくＣＩ値を低くすることができ、周波数可変量を低下させないという効果が生ずる。
【００４７】
次に、図３（ｂ）において、実線で表した曲線が突部３０を設けた場合のＺ´軸方向振動変位であり、点線で表した曲線が突部を設けない場合のＺ´軸方向振動変位である。
この結果によれば、振動片１０のＺ´軸方向における振動変位は、突部を設けない場合より突部３０を設けた場合のほうが、緩やかな振動の減衰ができ、振動の減衰が主振動を阻害していないことがわかる。
以上のことから、振動片１０に突部３０を設けることにより振動の減衰を緩やかにすることができ、良好な振動の減衰状態を確保している。さらに、振動片１０の振動領域を広くすることができることから、振動片の電気的特性を向上させることができる。
【００４８】
なお、発明者はプレートバック量が１％以上の励振電極および突部の厚さでも振動片の周辺端部での振動変位を抑制できる効果を確認した。また、このプレートバック量が１５％を超えると別の振動モードである輪郭振動が発生し、振動片の周辺端部における振動の抑制を阻害することが分かった。
【実施例２】
【００４９】
図４は本発明の実施例２を説明する振動片の概略図である。図４（ａ）は振動片の平面図、図４（ｂ）は同図（ａ）に示すＡ−Ａ断面図、図４（ｃ）は同図（ｂ）の部分拡大図である。
【００５０】
実施例１と同じ構成については同符号を付し説明を省略する。
振動片１０の主面１１の中央部には励振電極２０が形成され、この励振電極２０に接続し、振動片１０の周辺端部に延伸された接続電極２１が設けられている。励振電極２０は振動片１０の厚さ方向に対向して表裏に形成されている。また、接続電極２１は振動片１０の表裏に形成され、それぞれの励振電極に電気的接続が可能に形成されている。励振電極２０、接続電極２１はＣｒを下地とし、Ａｕを電極材料として真空蒸着やスパッタリングなどの手法にて形成されている。
【００５１】
また、振動片１０の主面１１には、間隔を開けて励振電極２０を囲むように第１突部３０が形成されている。さらに、第１突部３０の外周側から励振電極２０を囲むように間隔を開けて第２突部３１が形成されている。
第１突部３０および第２突部３１は、励振電極２０と同様に振動片１０の厚さ方向に対向するように、振動片１０の表裏に形成されている。この第１突部３０および第２突部３１は励振電極２０、接続電極２１と同じ工程にて、Ｃｒを下地とし、Ａｕを電極材料として真空蒸着やスパッタリングなどの手法により同時に形成されている。その後、第１突部３０および第２突部３１はエッチング処理がなされ、第１突部３０の厚さＴ2は励振電極２０の厚さＴ1より薄く、第２突部３１の厚さＴ3は第１突部３０の厚さＴ2より薄くなるように形成されている（Ｔ1＞Ｔ2＞Ｔ3なる関係）。このエッチング処理においては、例えば、プラズマエッチング法やイオンエッチング法などの手法が用いられる。この手法は励振電極をエッチングして振動片の周波数調整を行う手法として知られている。
本実施例では、励振電極２０の厚さはプレートバック量で８．８％相当の厚さとし、その厚さはおよそ４００ｎｍとした。第１突部３０の厚さは２７０ｎｍ、第２突部３１の厚さは２００ｎｍとした。
【００５２】
また、第１突部３０と第２突部３１の間隔Ｌ2は、励振電極２０と第１突部３０との間隔Ｌ1と同等の間隔に形成されている（Ｌ1≒Ｌ2なる関係）。
さらに、第２突部３１の幅Ｗ2は第１突部３０の幅Ｗ1と同等の幅に形成されている（Ｗ1≒Ｗ2なる関係）。
なお、第１突部３０および第２突部３１は他と電気的な接続はなされることはない。
【００５３】
次に、上記のような振動片を提案するにいたる有限要素法（ＦＥＭ）での解析結果について説明する。
図５は、振動片に励振電極と同じ厚さの突部を同じ間隔で二列に形成した場合における、振動片の振動変位を有限要素法にて解析した結果である。図５（ａ）は振動片１０のＸ軸方向における振動変位の有限要素法による解析結果、図５（ｂ）はＺ´軸方向における振動変位の有限要素法による解析結果である。なお、図５における縦軸は振動の変位量を比較のために任意の単位（Arbitrarily  Unit）として表してある。また、横軸は振動片１０のＸ軸方向またはＺ´軸方向の長さを示している。
【００５４】
図５（ａ）において、実線で表した曲線が振動片１０に二列の突部である第１突部３０および第２突部３１を設けた場合のＸ軸方向振動変位であり、点線で表した曲線が振動片１０に突部を設けない場合のＸ軸方向振動変位である。
この結果によれば、振動片１０の保持部側Ｇにおいて良好な小さい振動変位を確保している。また、振動片１０のＸ軸方向における振動変位は突部を設けない場合よりも、二列の第１突部３０および第２突部３１を設けた場合のほうが振動片１０中央部の振動変位が大きくなり、また、振動領域が広くなっていることが分かる。また、図３（ａ）の振動片に一列の突部を形成した場合と比較しても、二列の突部を形成したほうが振動片１０中央部の振動変位は大きくなっている。これは、振動片１０に第１突部３０および第２突部３１を設けたことにより、主振動の減衰を緩やかに制御でき、振動の減衰が主振動を阻害せずに良好な振動がなされていることを意味する。つまり、この結果は励振電極２０の実効面積をあげることに等しく、ＣＩ値を低くする効果がある。
従来、ＣＩ値を低くするためには励振電極を厚くする手法が用いられていたが、この場合、エネルギー閉じ込めによる実効励振部分が狭くなるため等価容量Ｃ1が小さくなり周波数可変容量を低下させるという課題があった。本実施例によれば、励振電極の厚みを厚くしても外周の突部の影響でＣ1を小さくすることなくＣＩ値を低くすることができ、周波数可変量を低下させないという効果が生ずる。
【００５５】
次に、図５（ｂ）において、実線で表した曲線が振動片１０に二列の突部である第１突部３０および第２突部３１を設けた場合のＺ´軸方向振動変位であり、点線で表した曲線が振動片１０に突部を設けない場合のＺ´軸方向振動変位である。
この結果によれば、振動片１０のＺ´軸方向における振動変位は、突部を設けない場合より二列の第１突部３０および第２突部３１を設けた場合のほうが、緩やかな振動の減衰ができ、また、良好な減衰状態を確保できている。また、図３（ｂ）の振動片に一列の突部を形成した場合と比較しても、二列の突部を形成したほうが緩やかな振動の減衰となっている。
以上のことから、振動片１０に二列の第１突部３０および第２突部３１を設けることにより振動の減衰を緩やかにすることができ、振動の減衰が主振動を阻害しないとともに、振動片の周辺端部の振動を充分に減衰することができる。さらに、振動片１０の中央部における振動変位を大きくできることから、振動片の電気的特性を向上させることができる。
【００５６】
図６は、振動片に励振電極より薄い厚さの突部を二列に形成した場合における、振動片の振動変位を有限要素法にて解析した結果である。図６（ａ）は振動片１０のＸ軸方向における振動変位の有限要素法による解析結果、図６（ｂ）はＺ´軸方向における振動変位の有限要素法による解析結果である。
【００５７】
図６（ａ）において、実線で表した曲線が振動片１０に励振電極２０より厚さの薄い、二列の突部である第１突部３０および第２突部３１を設けた場合のＸ軸方向振動変位であり、点線で表した曲線が振動片１０に励振電極２０と同じ厚さで二列の第１突部３０および第２突部３１を設けた場合のＸ軸方向振動変位である。
この結果によれば、二列の第１突部３０および第２突部３１を、励振電極２０の厚さより薄く形成することにより、振動片１０の周辺端部での振動の減衰が顕著に生じていることがわかる。
【００５８】
次に、図６（ｂ）において、実線で表した曲線が振動片１０に励振電極２０より厚さの薄い、二列の第１突部３０および第２突部３１を設けた場合のＺ´軸方向振動変位であり、点線で表した曲線が振動片１０に励振電極２０と同じ厚さで二列の第１突部３０および第２突部３１を設けた場合のＺ´軸方向振動変位である。
この結果からも、二列の第１突部３０および第２突部３１を、励振電極２０の厚さより薄く形成することにより振動片１０の周辺端部での振動の減衰が顕著に生じていることがわかる。
【００５９】
このように、突部３０、３１の厚さは薄いほうが振動の減衰効果があり、振動片１０に二列の第１突部３０および第２突部３１を設け、これらの突部を励振電極２０の厚さより薄く形成することにより、振動片１０の周辺端部の振動を充分に減衰することができる。さらに、振動片１０の中央部における振動変位を大きくできることから、振動片１０の電気的特性を向上させることができる。
【００６０】
以上の実施例１および実施例２の説明から、励振電極２０を形成した振動片１０に、励振電極２０を囲むように突部を設けることにより、振動の減衰を緩やかにすることができ、振動片１０の周辺端部の振動を充分に減衰することができる。さらに、振動片１０の振動領域を広くすることができることから、振動片１０の電気的特性を向上させることができる。
さらに、振動片１０に設けた突部の厚さを励振電極２０の厚さより薄く形成したほうが、振動片周辺端部での振動変位を小さく制御できる。
【００６１】
また、振動片に形成した突部が複数列ある場合においては、数式１から４より主振動の伝播強度の減衰はその伝播する距離に依存するので、突部を形成する間隔は、振動片の励振電極外周から周辺端部に向かい順次広く形成されたほうが、振動の減衰については効果的であることがわかる。また、突部の幅についても、同様の理由から振動片の周辺端部に向かい順次狭く形成されたほうが振動の減衰については効果的である。
【００６２】
なお、振動片に複数列形成された突部の場合、突部の厚さを振動片の励振電極外周から周辺端部に向かい順次薄く、突部を形成する間隔を振動片の周辺端部に向かい順次広く、突部の幅を振動片の周辺端部に向かい順次狭く、形成することを、それぞれを組み合わせて実施をすることもできる。
【００６３】
（変形例）
以上のことを考慮すると、突部の配置、形状は例えば、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および図８に示すような他の形態での実施も可能である。
図７は実施例２と同様に振動片に二列の突部を設けた場合の、他の実施例を示す模式部分断面図である。
振動片１０の中央部には、励振電極２０が形成され、励振電極２０をその外周側から間隔を開けて囲むように第１突部３０および第２突部３１が形成されている。そして、これらの励振電極２０および第１突部３０、第２突部３１は、振動片１０の厚さ方向に対向するように形成されている。
【００６４】
図７（ａ）において、第１突部３０の厚さＴ2は励振電極２０の厚さＴ1より薄く、第２突部３１の厚さＴ3は第１突部３０の厚さＴ2よりも薄く形成されている（Ｔ1＞Ｔ2＞Ｔ3なる関係）。
また、第１突部３０と第２突部３１との間隔Ｌ2は、励振電極２０と第１突部３０との間隔Ｌ1よりも広く形成されている（Ｌ1＜Ｌ2なる関係）。
さらに、第２突部３１の幅Ｗ2は第１突部３０の幅Ｗ1と同等に形成されている（Ｗ1≒Ｗ2なる関係）。
【００６５】
図７（ｂ）においては、第１突部３０の厚さＴ2は励振電極２０の厚さＴ1より薄く、第２突部３１の厚さＴ3は第１突部３０の厚さＴ2よりも薄く形成されている（Ｔ1＞Ｔ2＞Ｔ3なる関係）。
また、第１突部３０と第２突部３１との間隔Ｌ2は、励振電極２０と第１突部３０との間隔Ｌ1と同等に形成されている（Ｌ1≒Ｌ2なる関係）。
さらに、第２突部３１の幅Ｗ2は、第１突部３０の幅Ｗ1より狭く形成されている（Ｗ1＞Ｗ2なる関係）。
【００６６】
図７（ｃ）においては、第１突部３０の厚さＴ2は励振電極２０の厚さＴ1より薄く、第２突部３１の厚さＴ3は第１突部３０の厚さＴ2と同等に形成されている（Ｔ1＞Ｔ2≒Ｔ3なる関係）。
また、第１突部３０と第２突部３１との間隔Ｌ2は、励振電極２０と第１突部３０との間隔Ｌ1よりも広く形成されている（Ｌ1＜Ｌ2なる関係）。
さらに、第２突部３１の幅Ｗ2は、第１突部３０の幅Ｗ1より狭く形成されている（Ｗ1＞Ｗ2なる関係）。
【００６７】
また、図８は振動片に三列の突部を設けた場合の実施例を示す模式部分断面図である。
振動片１０の中央部には、励振電極２０が形成され、励振電極２０の外周側から間隔を開けて囲むように第１突部３０が形成され、そして、第１突部３０の外周側から励振電極２０を囲むように第２突部３１が形成されている。さらに、第２突部３１の外周側から励振電極２０を囲むように第３突部３２が形成されている。そして、これらの励振電極２０および第１突部３０、第２突部３１、第３突部３２は、振動片１０の厚さ方向に対向するように形成されている。
【００６８】
第１突部３０の厚さＴ2は励振電極２０の厚さＴ1より薄く、第２突部３１の厚さＴ3は第１突部３０の厚さＴ2よりも薄く形成されている。そして、第３突部３２の厚さＴ4は第２突部３１の厚さＴ3よりも薄く形成されている（Ｔ1＞Ｔ2＞Ｔ3＞Ｔ4なる関係）。
また、第１突部３０と第２突部３１に間隔Ｌ2は、励振電極２０と第１突部３０との間隔Ｌ1よりも広く形成されている。そして、第２突部３１と第３突部３２との間隔Ｌ3は、第１突部３０と第２突部３１との間隔Ｌ2よりも広く形成されている（Ｌ1＜Ｌ2＜Ｌ3なる関係）。
さらに、第２突部３１の幅Ｗ2は、第１突部３０の幅Ｗ1より狭く形成され、第３突部３２の幅Ｗ3は、第２突部３１の幅Ｗ2より狭く形成されている（Ｗ1＞Ｗ2＞Ｗ3なる関係）。
【００６９】
このように、振動片への突部の配置、形状において、突部の厚さ、突部を形成する間隔、突部の幅の要素は本発明の趣旨を逸脱しない範囲において組み合わせ可能で、適宜変更して実施することができる。
また、励振電極の形状は任意の形状でよく、突部も任意の形状でもよい。突部は連続した形状でもよく、非連続の形状であってもよい。
【００７０】
なお、本実施例では、振動片に突部を励振電極と同じ金属材料で形成したが、別工程にて、励振電極と異なる金属で形成してもよい。
また、突部をＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、Ａｌ2Ｏ3などの非導電性の材料で形成してもよい。このようにすれば、製造工程において、突部と励振電極のショートや振動片を導電性接着剤で固着する際の、突部と導電性接着剤のショートを防止することができる。
【実施例３】
【００７１】
図９は本発明の圧電振動片を用いた圧電振動子の一例を示す概略図である。図９（ａ）は圧電振動子の斜視図、図９（ｂ）は同図のＢ−Ｂ断面図である。
【００７２】
本実施例の圧電振動子５０は、例えばセラミック製の収容容器５１に本発明の圧電振動片１０を導電性接着剤５２にて固着して保持をし、図示はしないが、収容容器５１の上面に接合して収容容器５１内を真空あるいは不活性ガス雰囲気で密閉する蓋体を有する構造となっている。圧電振動片１０には、中央部に励振電極２０が厚み方向に対向するように形成され、また、励振電極２０から圧電振動片１０の周辺端部に延伸する接続電極２１が形成されている。圧電振動片１０の励振電極２０を囲むように第１突部３０および第２突部３１が厚さ方向に対向するように形成されている。圧電振動片１０は収容容器５１の保持部５３において、導電性接着剤５２で固着保持され励振電極２０と収容容器５１の配線（図示せず）と電気的に接続されている。
【００７３】
このように、圧電振動片１０の励振電極２０を囲むように突部３０，３１を形成したことにより、圧電振動片１０の端部での振動は充分に減衰されており、圧電振動片１０の端部で導電性接着材５２を介して固着保持しても、圧電振動片１０から保持部５３への振動の漏洩が低減でき、主振動を阻害することがない。また、圧電振動片１０に突部を複数設けたことにより、主振動の近くで減衰をさらに緩やかにすることができ、主振動を阻害することを低減できる。このように、本実施例の圧電振動子５０は、圧電振動片１０の主面に突部３０，３１を形成した効果を引き出し、電気的特性の優れた圧電振動子５０を提供できる。
【実施例４】
【００７４】
図１０は本発明の圧電振動片を用いた圧電発振器の概略図である。図１０（ａ）は圧電発振器の斜視図、図１０（ｂ）は同図（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【００７５】
本実施例の圧電発振器７０は、例えばセラミック製の収容容器７１に本発明の圧電振動片１０を導電性接着剤７２にて固着して保持し、また、圧電振動片を発振させるための回路部７４を固定し、図示はしないが、収容容器７１の上面に接合して収容容器７１内を真空あるいは不活性ガス雰囲気で密閉する蓋体を有する構造となっている。
圧電振動子１０には、中央部に励振電極２０が厚み方向に対向するように形成され、また、励振電極２０から圧電振動子１０の周辺端部に延伸する接続電極２１が形成されている。圧電振動片１０の励振電極２０を囲むように第１突部３０および第２突部３１が厚さ方向に対向するように形成されている。圧電振動片１０は収容容器７１の保持部７３において、導電性接着剤７２で固着保持され励振電極２０と収容容器７１の配線（図示せず）および回路部７４と電気的に接続されている。
【００７６】
このように、圧電振動片１０の励振電極２０を囲むように突部３０，３１を形成したことにより、圧電振動片１０の端部での振動は充分に減衰されており、圧電振動片１０の端部で導電性接着材７２を介して固着保持しても、圧電振動片１０から保持部７３への振動の漏洩が低減でき、主振動を阻害することがない。また、圧電振動片１０に突部を複数設けたことにより、主振動の近くでさらに減衰を緩やかにすることができ、主振動を阻害することを低減できる。このように、本実施例の圧電発振器７０は、圧電振動片１０の主面に突部３０、３１を形成した効果を引き出し、電気的特性の優れた圧電発振器７０を提供できる。
【００７７】
なお、本発明は振動片の励振電極を囲む突部を形成することに限定されず、振動片の長手方向両側に励振電極を挟んで対峙するように突部を形成してもよい。すなわち、振動片の短手方向両側に励振電極を挟んで対峙する突部のない構成であってもよい。
また、振動片の短手方向両側に励振電極を挟んで対峙するように突部を形成してもよい。すなわち振動片の長手方向両側に励振電極を挟んで対峙する突部のない構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本実施例に使用される振動片の形状および結晶軸を説明する概略図。
【図２】本発明の実施例１を説明する振動片の概略図。
【図３】厚み滑り振動の減衰状態を示す有限要素法による解析の変位分布図。
【図４】本発明の実施例２を説明する振動片の概略図。
【図５】厚み滑り振動の減衰状態を示す有限要素法による解析の変位分布図。
【図６】厚み滑り振動の減衰状態を示す有限要素法による解析の変位分布図。
【図７】振動片に二列の突部を設けた場合の他の実施例を示す模式部分断面図。
【図８】振動片に三列の突部を設けた場合の実施例を示す模式部分断面図。
【図９】本発明における圧電振動子の概略図。
【図１０】本発明における圧電発振器の概略図。
【符号の説明】
【００７９】
１０…圧電振動片としての振動片、１１…主面、２０…励振電極、２１…接続電極、３０…突部としての第１突部、３１…突部としての第２突部、３２…突部としての第３突部、５０…圧電振動子、７０…圧電発振器、Ｔ1…励振電極の厚さ、Ｔ2…第１突部の厚さ、Ｔ3…第２突部の厚さ、Ｔ4…第３突部の厚さ、Ｌ1…励振電極と第１突部の間隔、Ｌ2…第１突部と第２突部の間隔、Ｌ3…第２突部と第３突部の間隔、Ｗ1…第１突部の幅、Ｗ2…第２突部の幅、Ｗ3…第３突部の幅。
【図１】
2005260692.tif 000007
【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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