(57)【要約】基部（５０）と、基部（５０）から第１方向（Ｄ１）に延出し第１方向（Ｄ１）と交差する第２方向（Ｄ２）に並ぶ一対の振動腕部（６０）と、基部（５０）において、一対の振動腕部（６０）と第１方向（Ｄ１）において対向するように、第１方向（Ｄ１）及び第２方向（Ｄ２）と交差する第３方向（Ｄ３）に沿って設けられた一対の穴（７０）とを備え、一対の穴（７０）は、基部（５０）の第２方向（Ｄ２）における中心を通る第１方向（Ｄ１）に沿った仮想の中心線（Ｃ１）に対して非対称である。
2018212188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部から第１方向に延出し前記第１方向と交差する第２方向に並ぶ一対の振動腕部と、
前記基部において、前記一対の振動腕部と前記第１方向において対向するように、前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向に沿って設けられた一対の穴と
を備え、
前記一対の穴は、前記基部の前記第２方向における中心を通る前記第１方向に沿った仮想の中心線に対して非対称である、圧電振動素子。
【請求項２】
前記一対の穴は、非貫通穴である、
請求項１に記載の圧電振動素子。
【請求項３】
前記一対の穴は、貫通穴である、
請求項１に記載の圧電振動素子。
【請求項４】
前記一対の穴は、前記第１方向に沿った長さの大きさが互いに異なる、
請求項１から３のいずれか１項に記載の圧電振動素子。
【請求項５】
前記一対の穴は、前記第２方向に沿った幅の大きさが互いに異なる、
請求項１から４のいずれか１項に記載の圧電振動素子。
【請求項６】
前記一対の穴は、前記第３方向に沿った深さの大きさが互いに異なる、
請求項１から５のいずれか１項に記載の圧電振動素子。
【請求項７】
前記一対の穴は、前記中心線からの距離の大きさが互いに異なる、
請求項１から６のいずれか１項に記載の圧電振動素子。
【請求項８】
前記基部及び前記一対の振動腕部が水晶によって設けられ、
前記水晶の電気軸は、前記第２方向に沿って延在する、
請求項１から７のいずれか１項に記載の圧電振動素子。
【請求項９】
前記一対の穴は、前記中心線に対して電気軸の正方向側に設けられた第１穴と、前記中心線に対して電気軸の負方向側に設けられた第２穴と、を備え、
前記第１穴の内部空間の体積は、前記第２穴の内部空間の体積よりも大きい、
請求項８に記載の圧電振動素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電振動子には、例えば、人工水晶からなり、基材の基部から一対の振動腕を平行に延出させて、且つ、水平方向に互いに接近または離反する向きに振動させる音叉型の水晶振動素子が用いられる。このような圧電振動子は、モバイルコンピュータ、携帯ゲーム機、携帯電話、ＩＣカード、振動ジャイロセンサ等の移動端末や通信基地局等の電子機器に利用される。電子機器の小型化や高性能化に伴い、圧電振動子及びそれに内蔵される圧電振動素子の振動特性及び信頼性の向上が求められている。【０００３】
例えば、特許文献１には、基部と、基部から延出する２本一対の振動腕部と、この振動腕部に沿って基部より延出する二本一対の支持腕部とを備えた音叉型屈曲水晶振動子で、振動腕部が二本一対で設けられる支持腕部よりも内側で基部から延出して構成され、支持腕部が、幅方向に溝状の第一の凹部を有して構成されており、支持腕部が、第一の凹部を振動腕部の表裏主面に有しつつ互いに向き合わずに所定の間隔をあけて設けられている構成が開示されている。これによれば、振動腕部から支持腕部へ漏れる振動を減衰させることができる。【０００４】
また、特許文献２には、エッチングによる異方性を有する圧電材料により形成されており、基部から平行に延びる一対の振動腕を備えた音叉型の圧電振動片であって、基部の各振動腕の間に位置する股部と、股部には、基部の幅方向の中心またはこの中心から、各振動腕側のうち、より剛性の高い方に寄った位置に、各振動腕の延びる方向に沿って切り込みを形成している構成が開示されている。これによれば、左右の振動腕の剛性の相違による振動特性の悪化を防止してＣＩ（Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）値を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−０１５１０２号公報
【特許文献２】特開２００４−２３６００８号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の音叉型水晶振動子においては、素子の外形形状の形成を化学エッチングに頼った場合、水晶結晶構造の異方性に起因して、材料の機械的強度の非対称性と、エッチング加工の残渣による形状の非対称性とが発生する。この非対称性によって、音叉型水晶振動子は、２本一対の振動腕部の剛性バランスが崩れ、振動特性が悪化する恐れがある。また、特許文献２に記載の圧電振動片においては、股部に設けた切り込みに応力集中が発生して、耐衝撃力が低下する恐れがある。【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、振動特性を向上し、且つ信頼性の低下を抑制できる圧電振動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】
【０００８】
本発明の一態様に係る圧電振動素子は、基部と、基部から第１方向に延出し第１方向と交差する第２方向に並ぶ一対の振動腕部と、基部において、一対の振動腕部と第１方向において対向するように、第１方向及び第２方向と交差する第３方向に沿って設けられた一対の穴とを備え、一対の穴は、基部の第２方向における中心を通る第１方向に沿った仮想の中心線に対して非対称である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、振動特性を向上し、且つ信頼性の低下を抑制できる圧電振動素子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、水晶振動子の構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図２】図２は、図１に示した水晶振動子のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面の構成を概略的に示す断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る水晶振動素子の構成を概略的に示す平面図である。
【図４】図４は、図３に示した水晶振動素子のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面の構成を概略的に示す断面図である。
【図５】図５は、水晶振動素子の基部の構造をより具体的に示した拡大平面図である。
【図６】図６は、第１実施形態に係る水晶振動素子の一対の穴の構成を概略的に示す斜視図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係る水晶振動素子の一対の穴の構成を概略的に示す斜視図である。
【図８】図８は、第３実施形態に係る水晶振動素子の一対の穴の構成を概略的に示す斜視図である。
【図９】図９は、第４実施形態に係る水晶振動素子の一対の穴の構成を概略的に示す斜視図である。
【図１０】図１０は、第５実施形態に係る水晶振動素子の一対の穴の構成を概略的に示す斜視図である。
【図１１】図１１は、第６実施形態に係る水晶振動素子の一対の穴のうち第１振動腕部と第１方向において対向する方の構成を概略的に示す断面図である。
【図１２】図１２は、第６実施形態に係る水晶振動素子の一対の穴のうち第２振動腕部に第１方向において対向する方の構成を概略的に示す断面図である。
【図１３】図１３は、第７実施形態に係る水晶振動素子の一対の穴の構成を概略的に示す斜視図である。
【図１４】図１４は、第８実施形態に係る水晶振動素子の製造工程を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、図１４に示した水晶基板を切削する工程における、水晶基板の電気軸に沿った断面を示す図である。
【図１６】図１６は、図１４に示した水晶基板を切削する工程における、水晶基板の機械軸に沿った断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。但し、第２実施形態以降において、第１実施形態と同一又は類似の構成要素は、第１実施形態と同一又は類似の符号で表し、詳細な説明を適宜省略する。また、第２実施形態以降の実施形態において得られる効果について、第１実施形態と同様のものについては説明を適宜省略する。各実施形態の図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施形態に限定して解するべきではない。
【００１２】
＜第１実施形態＞
まず、図１〜図３を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る水晶振動素子１０、及び水晶振動素子１０を備えた水晶振動子１について説明する。図１は、水晶振動子の構成を概略的に示す分解斜視図である。図２は、図１に示した水晶振動子のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面の構成を概略的に示す断面図である。図３は、第１実施形態に係る水晶振動素子の構成を概略的に示す平面図である。
【００１３】
なお、図１〜図３において、水晶振動素子１０に備えられる励振電極、接続電極、等の電極については図示を省略している。また、図中に示した第１方向Ｄ１、第２方向Ｄ２、及び第３方向Ｄ３は、例えばそれぞれ互いに直交する方向である。なお、第１方向Ｄ１、第２方向Ｄ２、及び第３方向Ｄ３は、互いに９０°以外の角度で交差する方向であってもよい。また、第１方向Ｄ１、第２方向Ｄ２、及び第３方向Ｄ３は、図１に示す矢印の方向（正方向）に限定されず、矢印とは反対の方向（負方向）も含む。
【００１４】
以下の説明において、圧電振動子（Ｐｉｅｚｏｅｌｃｔｒｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ  Ｕｎｉｔ）の一例として、水晶振動素子（Ｑｕａｒｔｚ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）を備えた水晶振動子（Ｑｕａｒｔｚ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ  Ｕｎｉｔ）を例に挙げて説明する。水晶振動素子は、印加電圧に応じて振動する圧電片として水晶片（Ｑｕａｒｔｚ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）を利用する圧電振動素子（Ｐｉｅｚｏｅｌｃｔｒｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）の一種である。但し、本発明の各実施形態に係る圧電振動子は水晶振動子に限定されるものではなく、セラミック等の他の圧電片からなる圧電振動素子を利用するものであってもよい。
【００１５】
図１に示すように、水晶振動子１は、水晶振動素子１０と、蓋部材２０と、ベース部材３０と、接合部材４０と、を備える。ベース部材３０及び蓋部材２０は、水晶振動素子１０を収容するための保持器である。ここで図示した例では、蓋部材２０は凹状、具体的には開口部を有する箱状、をなしており、ベース部材３０は平板状をなしている。蓋部材２０及びベース部材３０の形状は、上記に限定されるものではなく、例えばベース部材が凹状をなしていてもよく、蓋部材及びベース部材の両方が互いに対向する側に開口部を有する凹状であってもよい。
【００１６】
水晶振動素子１０は、水晶片１１を有する。水晶片１１は、例えば、Ｚ板水晶片である。例えば、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸からなる直交座標系において、Ｚ軸を中心に時計回りに０度〜５度の範囲で回転させて、Ｘ軸及びＹ軸によって特定される面と平行な面（以下、「ＸＹ面」と呼ぶ。他の軸又は他の方向によって特定される面についても同様である。）がＺ板水晶片の主面であり、Ｚ軸と平行な方向の長さがＺ板水晶片の厚さである。Ｚ板水晶片は、例えば、人工水晶（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ｑｕａｒｔｚ  Ｃｒｙｓｔａｌ）のインゴットを切断及び研磨加工して得られる水晶基板をエッチング加工することで形成される。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、それぞれ水晶の結晶軸であり、Ｘ軸が電気軸、Ｙ軸が機械軸、Ｚ軸が光学軸に相当する。また、Ｘ軸は、正方向を持つ極性軸である。以下、Ｙ軸と平行な方向をＹ軸方向と呼ぶ。他の軸方向についても同様とする。なお、水晶片１１は、Ｚ板水晶片以外の異なるカットを適用してもよい。例えば、水晶片１１の主面がＸＹ面から数度傾いた面であってもよい。
【００１７】
水晶振動素子１０は、Ｙ軸が第１方向Ｄ１と平行であり、Ｘ軸が第２方向Ｄ２と平行であり、Ｚ軸が第３方向Ｄ３と平行となるように定められている。極性軸であるＸ軸方向においては、＋Ｘ軸方向を第２方向Ｄ２の正方向とし、−Ｘ軸方向を第２方向Ｄ２の負方向とする。但し、第１方向Ｄ１はＹ軸方向に沿っていればよく、例えばＹ軸方向から−５度〜＋５度の範囲で傾いていてもよい。同様に、第２方向Ｄ２もＸ軸方向から−５度〜＋５度の範囲で傾いてもよく、第３方向Ｄ３もＺ軸方向から−５度〜＋５度の範囲で傾いてもよい。
【００１８】
図１及び図３に示すように、Ｚ板の水晶片１１からなる水晶振動素子１０は、基部５０と、基部５０から第１方向Ｄ１に延出した一対の振動腕部６０と、を有する音叉型の水晶振動素子（Ｔｕｎｉｎｇ  Ｆｏｒｋ  Ｔｙｐｅ  Ｑｕａｒｔｚ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）である。
【００１９】
基部５０は、蓋部材２０と対向する側に表面（第１主面）５０ａを有し、ベース部材３０と対向する側に裏面（第２主面）５０ｂを有する。基部５０には、一対の振動腕部６０と第１方向Ｄ１で対向するように一対の穴７０が第３方向Ｄ３に設けられている。一対の穴７０は、基部５０の第２方向Ｄ２における中心を通る第１方向Ｄ１に沿った仮想の中心線Ｃ１に対して、第２方向Ｄ２の正方向側に位置する第１穴７１と、第２方向Ｄ２の負方向側に位置する第２穴７２とを総称するものである。
【００２０】
第１穴７１及び第２穴７２は、それぞれ後述する第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２の付け根に設けられる。したがって、第１穴７１は、後述する第１振動腕部６１と第１方向Ｄ１で対向し、第２穴７２は、後述する第２振動腕部６２と第１方向Ｄ１で対向している。また、第１穴７１及び第２穴７２は、一例として、第２方向Ｄ２に間隔を空けて並んでいる。
【００２１】
但し、第１穴７１及び第２穴７２の中心線Ｃ１に対する位置は上記に限定されず、中心線Ｃ１を超えるように設けられてもよい。具体的には、第１穴７１は中心線Ｃ１に対して第２方向Ｄ２の負方向側まで延在してもよく、第２穴７２は中心線Ｃ１に対して第２方向Ｄ２の正方向側まで延在してもよい。また、第１穴７１及び第２穴７２の並び方は上記に限定されず、第１方向Ｄ１にずれるように設けられてもよく、さらに互いの一部が第１方向Ｄ１で並んでいてもよい。
【００２２】
第１穴７１及び第２穴７２は、中心線Ｃ１に対して非対称である。すなわち、第１穴７１及び第２穴７２は、互いに、体積、位置、数、等が異なる。第１穴７１及び第２穴７２が設けられることで、基部５０の剛性が中心線Ｃ１に対して非対称に変化する。第１穴７１及び第２穴７２は、一対の振動腕部６０の剛性バランスにも影響を与える。ところで、一対の穴７０を無視して考えると、水晶の結晶構造の異方性に起因した材料の機械的強度の非対称性、及びエッチング残渣による形状の非対称性によって、一対の振動腕部６０は剛性バランスが崩れている。例えば第１振動腕部６１の剛性が第２振動腕部６２の剛性よりも高い場合、第１振動腕部６１の付け根に設けられる第１穴７１を、第２振動腕部６２の付け根に設けられる第２穴７２よりも大きくする。これによって、一対の穴７０による第１振動腕部６１の剛性低下が第２振動腕部６２の剛性低下より大幅なものとすることで、一対の振動腕部６０の剛性バランスが改善できる。このように、一対の振動腕部６０の剛性バランスを計算又は測定し、剛性バランスが改善されるように非対称な一対の穴７０が設けられる。
【００２３】
一対の振動腕部６０も基部５０と同様、蓋部材２０と対向する側に表面（第１主面）６０ａを有し、ベース部材３０と対向する側に裏面（第２主面）６０ｂを有する。一対の振動腕部６０は、基部５０の第１方向Ｄ１の正方向側から延出し、第２方向Ｄ２に並ぶ第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２を総称するものである。第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２は中心線Ｃ１を挟むように設けられ、第１振動腕部６１が第２振動腕部６２よりも第２方向Ｄ２の正方向側に位置している。第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２は、それぞれ、第１主面６０ａに第１方向Ｄ１に沿った有底の第１溝６３ａが設けられ、第２主面６０ｂに第１方向Ｄ１に沿った有底の第２溝６３ｂが設けられている。第１溝６３ａ及び第２溝６３ｂは、第３方向Ｄ３において対向している。このように、第１溝６３ａ及び第２溝６３ｂを設けることで、第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２の動きやすさが向上し、第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２から基部５０への振動漏れが抑制できる。
【００２４】
蓋部材２０の形状は、凹状をなしており、ベース部材３０の第１主面３２ａに向かって開口した箱状である。蓋部材２０は、ベース部材３０に接合されて、蓋部材２０及びベース部材３０によって囲まれた内部空間２６が設けられる。この内部空間２６に水晶振動素子１０が収容される。蓋部材２０の形状は、水晶振動素子１０を収容することができれば特に限定されるものではなく、例えば、天面部２１の主面を平面視したときに矩形状をなしている。蓋部材２０の形状は、例えば、第１方向Ｄ１に平行な長辺と、第２方向Ｄ２に平行な短辺と、第３方向Ｄ３に平行な高さとで定義される。蓋部材２０の材質は特に限定されるものではないが、例えば金属などの導電材料で構成される。導電材料を含む蓋部材２０は、電磁波の少なくとも一部を遮蔽する電磁シールド機能を有する。
【００２５】
図２に示すように、蓋部材２０は、内面２４及び外面２５を有している。内面２４は、内部空間２６側の面であり、外面２５は、内面２４とは反対側の面である。蓋部材２０は、ベース部材３０の第１主面３２ａに対向する天面部２１と、天面部２１の外縁に接続されており且つ天面部２１の主面に対して交差する方向に延在する側壁部２２と、を有する。また、蓋部材２０は、凹状の開口端部（側壁部２２のベース部材３０に近い側の端部）においてベース部材３０の第１主面３２ａに対向する対向面２３を有する。この対向面２３は、水晶振動素子１０の周囲を囲むように枠状に延在している。
【００２６】
ベース部材３０は、水晶振動素子１０を励振可能に保持するものである。ベース部材３０は平板状をなしている。ベース部材３０は、第１方向Ｄ１方向に平行な長辺と、第２方向Ｄ２に平行な短辺と、第３方向Ｄ３に平行な厚さとを有する。ベース部材３０は基体３１を有する。基体３１は、互いに対向する第１主面３２ａ（表面）及び第２主面３２ｂ（裏面）を有する。基体３１は、例えば絶縁性セラミック（アルミナ）などの焼結材である。基体３１は耐熱性材料から構成されることが好ましい。
【００２７】
ベース部材３０は、第１主面３２ａに設けられた電極パッド３３ａ，３３ｂと、第２主面３２ｂに設けられた外部電極３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄと、を有する。電極パッド３３ａ，３３ｂは、ベース部材３０と水晶振動素子１０とを電気的に接続するための端子である。また、外部電極３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄは、図示しない回路基板と水晶振動子１とを電気的に接続するための端子である。電極パッド３３ａは、第３方向Ｄ３に延在するビア電極３４ａを介して外部電極３５ａに電気的に接続され、電極パッド３３ｂは、第３方向Ｄ３に延在するビア電極３４ｂを介して外部電極３５ｂに電気的に接続される。ビア電極３４ａ，３４ｂは、基体３１を第３方向Ｄ３に貫通するビアホール内に形成される。外部電極３５ｃ，３５ｄは、電気信号等が入出力されないダミー電極でもよく、蓋部材２０に接地電位を供給して蓋部材２０の電磁シールド機能を向上させる接地電極であってもよい。外部電極３５ｃ，３５ｄは、省略されてもよい。
【００２８】
導電性保持部材３６ａ，３６ｂは、ベース部材３０の第１主面３２ａと、水晶振動素子１０の基部５０の第２主面５０ｂとの間に設けられている。導電性保持部材３６ａ，３６ｂは、ベース部材３０の一対の電極パッド３３ａ，３３ｂに、水晶振動素子１０を電気的に接続している。また、導電性保持部材３６ａ，３６ｂは、ベース部材３０の第１主面３２ａに水晶振動素子１０を励振可能に保持している。導電性保持部材３６ａ，３６ｂは、例えば、エポキシ系樹脂あるいはシリコーン系樹脂を主剤とする熱硬化樹脂や紫外線硬化樹脂等を含む導電性接着剤によって構成されており、接着剤に導電性を与えるための導電性粒子、等の添加剤を含んでいる。さらに、強度を増加させる目的、あるいはベース部材３０と水晶振動素子１０との間隔を保つ目的で、フィラーが接着剤に添加されてもよい。
【００２９】
ベース部材３０の第１主面３２ａには、封止部材３７が設けられている。図１に示す例では、封止部材３７の形状は、第１主面３２ａを平面視したときに矩形の枠状である。第１主面３２ａを平面視したときに、電極パッド３３ａ，３３ｂが封止部材３７の内側に配置されており、封止部材３７は水晶振動素子１０を囲むように設けられている。封止部材３７は、導電材料により構成されている。例えば、封止部材３７を電極パッド３３ａ，３３ｂと同じ材料で構成することで、電極パッド３３ａ，３３ｂを設ける工程で同時に封止部材３７を設けることができる。
【００３０】
接合部材４０は、蓋部材２０及びベース部材３０の各全周に亘って設けられている。具体的には、接合部材４０は封止部材３７上に設けられ、矩形の枠状に形成されている。封止部材３７及び接合部材４０は、蓋部材２０の側壁部２２の対向面２３と、ベース部材３０の第１主面３２ａと、の間に挟まれる。
【００３１】
蓋部材２０及びベース部材３０の両者が封止部材３７及び接合部材４０を挟んで接合されることによって、水晶振動素子１０が、蓋部材２０とベース部材３０とによって囲まれた内部空間（キャビティ）２６に封止される。内部空間２６は、気圧が大気圧力よりも低圧であることが好ましく、真空状態であることが更に好ましい。これによれば、後述する第１励振電極８１及び第２励振電極８２の酸化による水晶振動子１の周波数特性の経時的な変動などが低減できる。なお、封止部材３７は不連続な枠状に設けられていてもよく、接合部材４０も不連続な枠状に設けられていてもよい。
【００３２】
次に、図４を参照しつつ、一対の振動腕部６０のより詳細な構成、及び水晶振動素子１０の動作について説明する。図４は、図３に示した水晶振動素子のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面の構成を概略的に示す断面図である。
【００３３】
第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２の表面には、それぞれ、第１励振電極８１及び第２励振電極８２が設けられている。第１励振電極８１は、第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２の各両側面に設けられている。両側面とは、第１主面６０ａと第２主面６０ｂとを繋ぐ一対の側面である。したがって、第１励振電極８１は、第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２のそれぞれを第２方向Ｄ２において挟むように対向している。第２励振電極８２は、第１主面６０ａ及び第２主面６０ｂにおいて、第１溝６３ａ及び第２溝６３ｂのそれぞれの内部に設けられている。また、第２励振電極８２は、第１溝６３ａ及び第２溝６３ｂの外側にも設けられている。
【００３４】
第１励振電極８１及び第２励振電極８２は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）やクロム（Ｃｒ）を下地層として、金（Ａｕ）を最表層とする多層構造の金属膜からなる電極である。クロムは水晶片との密着性が高いため、長期間の連続運転等による励振電極の剥離が抑制できる。金は化学的安定が高いため、励振電極の酸化による振動特性の変動が抑制できる。
【００３５】
第１励振電極８１及び第２励振電極８２は、それぞれ、導電性保持部材３６ａ及び導電性保持部材３６ｂを通して、外部電極３５ａ及び外部電極３５ｂに電気的に接続される。第１励振電極８１及び第２励振電極８２が第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２の内部に電界を形成すると、第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２の各両側面が電界の電圧の大きさに基づいて伸縮する。特定の周波数の交番電界を第１励振電極８１と第２励振電極８２との間に印加することで、第１振動腕部６１及び第２振動腕部６２が、図３において一対の振動腕部６０の先端に図示した矢印の方向で互いに接近又は離間するように共振周波数で振動する。
【００３６】
次に、図５を参照しつつ、基部５０の端面の構成について説明する。図５は、水晶振動素子の基部の構造をより具体的に示した拡大平面図である。なお、基部５０は、後述するウェットエッチングによって水晶基板を切削して設けたものとする。
【００３７】
水晶は、ウェットエッチング等の化学エッチングにおいて、結晶方位によってエッチングレートが異なるという特性を有する。このため、ウェットエッチングによって加工された水晶片１１の端面には互いに異なる大きさのエッチング残渣Ｌ１，Ｌ２，及びＬ３が発生する。エッチング残渣Ｌ１は、基部５０の第１主面５０ａを平面視したときに第１主面５０ａから＋Ｘ軸方向に延出した残渣である。同様に、エッチング残渣Ｌ２は第１主面５０ａから−Ｘ軸方向に延出した残渣であり、エッチング残渣Ｌ３は第１主面５０ａからＹ軸方向に延出した残渣である。なお、実際には図５に示すように水晶片１１の端面にエッチング残渣が形成されるが、他の図においては、説明を単純化するためエッチング残渣の図示を省略している。
【００３８】
エッチング残渣は、＋Ｘ軸方向が最も大きく、−Ｘ軸方向が次いで大きく、Ｙ軸方向が最も小さい。従って、基部５０の第１主面５０ａを平面視したとき、エッチング残渣Ｌ１，Ｌ２，及びＬ３の大きさ、すなわち第１主面５０ａからそれぞれの先端までの幅は、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３となる。また、図５においては、エッチング残渣の大きさを、＋Ｘ軸方向、−Ｘ軸方向、及びＹ軸方向でのみ異なるように図示しているが、実際には＋Ｘ軸方向とＹ軸方向との間の方向や、−Ｘ軸方向とＹ軸方向との間の方向でも異なっている。このようなエッチング残渣の大きさの異方性、すなわち水晶片１１の端面形状の異方性によって、一対の振動腕部６０の剛性バランスは崩れ、例えば、第１振動腕部６１の剛性が第２振動腕部６２の剛性よりも高くなる。
【００３９】
次に、図６を参照しつつ、一対の穴７０の構成について説明する。図６は、第１実施形態に係る水晶振動素子の一対の穴の構成を概略的に示す斜視図である。
【００４０】
第１穴７１及び第２穴７２は、それぞれ、基部５０の第１主面５０ａ側に第１開口部ＡＰ１１及び第２開口部ＡＰ１２を有する有底の非貫通穴（凹部）である。第１穴７１は、第１方向Ｄ１における第１長さＬ１１、第２方向Ｄ２における第１幅Ｗ１１、第３方向Ｄ３における第１深さＤ１１を有する。また、第１穴７１は、中心線Ｃ１から第１距離Ｐ１１の位置に設けられている。第１長さＬ１１は、第１開口部ＡＰ１１の第１方向Ｄ１における長さに相当する。第１幅Ｗ１１は、第１開口部ＡＰ１１の第２方向Ｄ２における幅に相当する。第１深さＤ１１は、第１主面５０ａから最も離れた最低面の位置での第３方向Ｄ３における深さに相当する。第１距離Ｐ１１は、第１開口部ＡＰ１１の中心線Ｃ１側の端辺から、中心線Ｃ１までの第２方向Ｄ２における距離に相当する。第２穴７２も同様に、第１方向Ｄ１における第２長さＬ１２、第２方向Ｄ２における第２幅Ｗ１２、第３方向Ｄ３における第２深さＤ１２を有する。また、第２穴７２は、中心線Ｃ１から第２距離Ｐ１２の位置に設けられている。
【００４１】
第１長さＬ１１が第２長さＬ１２よりも大きい。第１幅Ｗ１１及び第２幅Ｗ１２が略等しい大きさである。第１深さＤ１１及び第２深さＤ１２も略等しい大きさである。第１距離Ｐ１１及び第２距離Ｐ１２も略等しい大きさである。したがって、第１開口部ＡＰ１１の面積は第２開口部ＡＰ１２の面積よりも大きく、第１穴７１の内部空間の体積は第２穴７２の内部空間の体積よりも大きい。これにより、第１穴７１による第１振動腕部６１の剛性の低下率は、第２穴７２による第２振動腕部６２の剛性の低下率よりも大きい。したがって、一対の振動腕部６０の剛性バランスが改善できる。なお、第１穴７１及び第２穴７２は有底の凹部であるため、第１深さＤ１１及び第２深さＤ１２は、基部５０の第３方向Ｄ３における厚さＴ１よりも小さい。
【００４２】
＜第２実施形態＞
次に、図７を参照しつつ、第２実施形態に係る水晶振動素子２１０における一対の穴２７０の構成について説明する。図７は、第２実施形態に係る水晶振動素子の一対の穴の構成を概略的に示す斜視図である。なお、第２実施形態は第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
第１実施形態に係る水晶振動素子１０との相違点は、第１穴２７１及び第２穴２７２の形状である。具体的には、第１開口部ＡＰ２１が第２方向Ｄ２に第２開口部ＡＰ２２よりも伸びている。より具体的には、第１長さＬ２１及び第２長さＬ２２が略等しい大きさである。第１幅Ｗ２１が第２幅Ｗ２２よりも大きい。第１深さＤ２１及び第２深さＤ２２も略等しい大きさである。また、第１距離Ｐ２１及び第２距離Ｐ２２も略等しい大きさである。これにより、第１穴２７１による第１振動腕部２６１の剛性の低下率は、第２穴２７２による第２振動腕部２６２の剛性の低下率よりも大きい。
【００４４】
＜第３実施形態＞
次に、図８を参照しつつ、第３実施形態に係る水晶振動素子３１０における一対の穴３７０の構成について説明する。図８は、第３実施形態に係る水晶振動素子の一対の穴の構成を概略的に示す斜視図である。なお、第３実施形態は第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
第１実施形態に係る水晶振動素子１０との相違点は、第１穴３７１及び第２穴３７２の形状である。具体的には、第１開口部ＡＰ３１及び第２開口部ＡＰ３２の形状が略等しく、第１深さＤ３１及び第２深さＤ３２が異なる。より具体的には、第１長さＬ３１及び第２長さＬ３２が略等しい大きさである。第１幅Ｗ３１及び第２幅Ｗ３２も略等しい大きさである。第１深さＤ３１が第２深さＤ３２よりも大きい。また、第１距離Ｐ３１及び第２距離Ｐ３２も略等しい大きさである。これにより、第１穴３７１による第１振動腕部３６１の剛性の低下率は、第２穴３７２による第２振動腕部３６２の剛性の低下率よりも大きい。
【００４６】
＜第４実施形態＞
次に、図９を参照しつつ、第４実施形態に係る水晶振動素子４１０における一対の穴４７０の構成について説明する。図９は、第４実施形態に係る水晶振動素子の一対の穴の構成を概略的に示す斜視図である。なお、第４実施形態は第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
第１実施形態に係る水晶振動素子１０との相違点は、第１穴４７１及び第２穴４７２の形状が等しく、一対の振動腕部４６０に対する位置が異なる点である。具体的には、第１長さＬ４１及び第２長さＬ４２が略等しい大きさである。第１幅Ｗ４１及び第２幅Ｗ４２も略等しい大きさである。第１深さＤ４１及び第２深さＤ４２も略等しい大きさである。また、第１距離Ｐ４１及び第２距離Ｐ４２も略等しい大きさである。しかし、第１穴４７１の第１振動腕部４６１に対する距離が、第２穴４７２の第２振動腕部４６２に対する距離よりも短い。言い換えると、第１穴４７１が、第２穴４７２よりも一対の振動腕部４６０の近くに設けられている。これにより、第１穴４７１による第１振動腕部４６１の剛性の低下率は、第２穴４７２による第２振動腕部４６２の剛性の低下率よりも大きい。
【００４８】
＜第５実施形態＞
次に、図１０を参照しつつ、第５実施形態に係る水晶振動素子５１０における一対の穴５７０の構成について説明する。図１０は、第５実施形態に係る水晶振動素子の一対の穴の構成を概略的に示す斜視図である。なお、第５実施形態は第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４９】
第１実施形態に係る水晶振動素子１０との相違点は、第１穴５７１及び第２穴５７２の形状が等しく且つ中心線Ｃ５からの距離が異なる点である。具体的には、第１長さＬ５１及び第２長さＬ５２が略等しい大きさである。第１幅Ｗ５１及び第２幅Ｗ５２も略等しい大きさである。第１深さＤ５１及び第２深さＤ５２も略等しい大きさである。第１距離Ｐ５１が第２距離Ｐ４２よりも大きい。言い換えると、第１穴５７１は、第２穴５７２よりも基部５５０の端辺に近い。これにより、第１穴５７１による第１振動腕部５６１の剛性の低下率は、第２穴５７２による第２振動腕部５６２の剛性の低下率よりも大きい。
＜第６実施形態＞
次に、図１１及び図１２を参照しつつ、第６実施形態に係る水晶振動素子６１０における一対の穴群６７０の構成について説明する。図１１は、第６実施形態に係る水晶振動素子の一対の穴のうち第１振動腕部と第１方向において対向する方の構成を概略的に示す断面図である。図１２は、第６実施形態に係る水晶振動素子の一対の穴のうち第２振動腕部に第１方向において対向する方の構成を概略的に示す断面図である。図１１及び図１２は、水晶振動素子６１０のＸＺ面と平行な断面である。なお、第６実施形態は第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
第１実施形態に係る水晶振動素子１０との相違点は、一対の振動腕部６６０と第１方向Ｄ１において対向する一対の穴群６７０が基部６５０に設けられている点である。一対の穴群６７０は、３つ１組の穴群と、２つ１組の穴群とからなる。
【００５１】
具体的には、第１振動腕部６６１と対向するように、３つ１組の穴群として、第１穴６７１、第３穴６７３、及び第５穴６７５が設けられている。第１穴６７１及び第５穴６７５は、それぞれ第１主面６５０ａに第１開口部ＡＰ６１及び第５開口部ＡＰ６５を有し、第１方向Ｄ１に並んでいる。第３穴６７３は、第２主面６５０ｂに第３開口部ＡＰ６３を有する。また、第３穴６７３は、第１方向Ｄ１において第１穴６７１と第５穴６７５との間に設けられている。第１穴６７１、第３穴６７３、及び第５穴６７５は、それぞれの一部が第１方向Ｄ１において重畳するように設けられることで、第１振動腕部６６１からの振動漏れが効果的に抑制できる。
【００５２】
一方、第２振動腕部６６２と対向するように、２つ１組の穴群として、第２穴６７２及び第４穴６７４が設けられている。第２穴６７２は、第１主面６５０ａに第２開口部ＡＰ６２を有している。第４穴６７４は、第２主面６５０ｂに第４開口部ＡＰ６４を有している。第２穴６７２及び第４穴６７４についても同様に、それぞれの一部が第１方向Ｄ１において重畳するように設けられることで、第２振動腕部６６２からの振動漏れが効果的に抑制できる。第１振動腕部６６１と対向する穴の数が第２振動腕部６６２と対向する穴の数よりも多いため、第１穴６７１による第１振動腕部６６１の剛性の低下率は、第２穴６７２による第２振動腕部６６２の剛性の低下率よりも大きい。なお、第１振動腕部６６１及び第２振動腕部６６２と対向する穴の数は特に限定されるものではなく、第１振動腕部６６１と対向する穴の数は第２振動腕部６６２と対向する穴よりも多ければよく、第２振動腕部６６２と対向する穴の数は少なくとも１つであればよい。
【００５３】
＜第７実施形態＞
次に、図１３を参照しつつ、第７実施形態に係る水晶振動素子７１０における一対の穴７７０の構成について説明する。図１３は、第７実施形態に係る水晶振動素子の一対の穴の構成を概略的に示す斜視図である。なお、第７実施形態は第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５４】
第１実施形態に係る水晶振動素子１０との相違点は、第１穴７７１及び第２穴７７２が貫通穴である点である。具体的には、第１穴７７１は第１主面７５０ａ側に第１開口部ＡＰ７１を有し、第２主面７５０ｂ側に第３主面ＡＰ７３を有する。第２穴７７２は第１主面７５０ａ側に第２開口部ＡＰ７２を有し、第２主面７５０ｂ側に第４主面ＡＰ７４を有する。第１長さＬ７１が第２長さＬ７２よりも大きく、第１幅Ｗ７１及び第２幅Ｗ７２が略等しい大きさである。第１穴７７１及び第２穴７７２の深さは、基部７５０の厚さＴ７と略等しい。これにより、第１穴７７１による第１振動腕部７６１の剛性の低下率は、第２穴７７２による第２振動腕部７６２の剛性の低下率よりも大きい。
【００５５】
＜第８実施形態＞
次に、図１４〜図１６を参照しつつ、第８実施形態に係る水晶振動素子の製造方法について説明する。また、エッチング残渣Ｌ１，Ｌ２，及びＬ３の発生メカニズムについて説明する。図１４は、第８実施形態に係る水晶振動素子の製造工程を示すフローチャートである。図１５は、図１４に示した水晶基板を切削する工程における、水晶基板の電気軸に沿った断面を示す図である。図１６は、図１４に示した水晶基板を切削する工程における、水晶基板の機械軸に沿った断面を示す図である。第８実施形態は、上記の各実施形態に係る水晶振動素子に適用可能な水晶片９１１の製造工程に相当する。図１４に示した工程の後、励振電極等の電極を設ける工程等を経て水晶振動素子が完成する。
【００５６】
まず、水晶基板を準備する（Ｓ１１）。水晶基板９１０は、人工水晶の単結晶からＸＹ面が第１主面９１０ａ及び第２主面９１０ｂとなるように切り出された板状の部材であり、例えば水晶ウエハである。なお、水晶基板９１０は、水晶振動素子の集合素子を形成することができれば、水晶ウエハに限定されるものではなく、例えば水晶ウエハから切り分けられた部材であってもよい。水晶基板９１０は、平板状に切り出された後、例えば化学機械研磨等の研磨処理によって、表面を平坦化されてもよい。この研磨処理によって水晶基板９１０の厚みを調整することにより、水晶振動素子としての周波数特性が調整できる。
【００５７】
次に、フォトレジスト層を設ける（Ｓ１２）。工程Ｓ１２では、まず、第１金属層９１２ａ及び第２金属層９１２ｂが水晶基板９１０を挟むように、水晶基板９１０の第１主面９１０ａに第１金属層９１２ａを設け、第２主面９１０ｂに第２金属層９１２ｂを設ける。第１金属層９１２ａ及び第２金属層９１２ｂは、水晶基板９１０をエッチングする際に用いられるエッチング溶液（例えば、フッ化アンモニウムあるいは緩衝フッ酸）に対する耐蝕膜に相当し、エッチングの加工精度を向上させる。第１金属層９１２ａ及び第２金属層９１２ｂは、例えば、クロム（Ｃｒ）層と金（Ａｕ）層とを有する多層膜が用いられる。Ｃｒ層は、下地層として、第１金属層９１２ａ及び第２金属層９１２ｂの水晶基板９１０に対する密着力を向上させる。また、Ａｕ層は、最表層として、第１金属層９１２ａ及び第２金属層９１２ｂの耐蝕性を向上させる。第１金属層９１２ａ及び第２金属層９１２ｂの成膜方法は特に限定されず、例えば蒸着法やスパッタ法等の乾式めっき（ドライプロセス）によって設けられてもよく、電解めっき等の湿式めっき（ウェットプロセス）によって設けられてもよい。
【００５８】
工程Ｓ１２では、次に、第１フォトレジスト層９１３ａ及び第２フォトレジスト層９１３ｂが水晶基板９１０を挟むように、第１金属層９１２ａの上に第１フォトレジスト層９１３ａを設け、第２金属層９１２ｂの上に第２フォトレジスト層９１３ｂを設ける。第１フォトレジスト層９１３ａ及び第２フォトレジスト層９１３ｂは、それぞれ、フォトレジスト材料を含むフォトレジスト溶液を第１金属層９１２ａ及び第２金属層９１２ｂの上に塗工し、加熱によって溶媒を揮発させることで成膜される。フォトレジスト溶液の塗工方法は特に限定されず、例えばスピンコート法やスプレーコート法である。フォトレジスト材料は、第１フォトレジスト層９１３ａ及び第２フォトレジスト層９１３ｂを現像して得られるパターンの加工精度を向上させる観点から、露光された部分の溶解性が高くなるポジ型の感光性樹脂が望ましい。
【００５９】
次に、フォトレジスト層を露光する（Ｓ１３）。工程Ｓ１３では、複数の水晶片９１１の外形パターンが描画されたフォトマスクを通して、第１フォトレジスト層９１３ａ及び第２フォトレジスト層９１３ｂに紫外光等の光を照射する。露光に用いられる露光装置は、第１フォトレジスト層９１３ａ及び第２フォトレジスト層９１３ｂの一方だけを露光する片面露光装置でもよく、両方を同時に露光可能な両面露光装置であってもよい。
【００６０】
次に、フォトレジスト層を現像する（Ｓ１４）。第１フォトレジスト層９１３ａ及び第２フォトレジスト層９１３ｂがポジ型の感光性樹脂の場合、第１フォトレジスト層９１３ａ及び第２フォトレジスト層９１３ｂを現像液に浸すことによって、露光された部分が現像液に溶解し除去される。これによって第１金属層９１２ａ及び第２金属層９１２ｂの一部は、それぞれ、水晶片９１１の外形パターンに基づいて露出する。
【００６１】
次に、ウェットエッチングにより水晶基板を切削する（Ｓ１５）。工程Ｓ１５では、まず、水晶片９１１の外形パターンに基づいて露出した第１金属層９１２ａ及び第２金属層９１２ｂを除去する。これにより、水晶基板９１０の一部が、水晶片９１１の外形パターンに基づいて露出する。第１金属層９１２ａ及び第２金属層９１２ｂは、例えば、セリウム系のエッチング溶液を用いたＣｒ層のウェットエッチング、及びヨウ素系のエッチング溶液を用いたＡｕ層のウェットエッチングによって除去される。
【００６２】
工程Ｓ１５では、次に、水晶基板９１０の露出した部分を貫通するようにエッチング加工する。水晶基板９１０は、例えば、フッ酸系のエッチング溶液を用いたウェットエッチングによって除去される。水晶基板９１０は、第１主面９１０ａ及び第２主面９１０ｂの両側から同時にエッチング加工することで、一方側からエッチング加工する加工方法よりも加工速度及び加工精度が向上する。
【００６３】
次に、フォトレジスト層を除去する（Ｓ１６）。水晶基板９１０のエッチングが終了した段階では、水晶基板９１０の第１主面９１０ａに第１金属層９１２ａ及び第１フォトレジスト層９１３ａが残っており、第２主面９１０ｂに第２金属層９１２ｂ及び第２フォトレジスト層９１３ｂが残っている。溶剤による洗浄によって、水晶基板９１０から第１フォトレジスト層９１３ａ及び第２フォトレジスト層９１３ｂの残渣を除去し、次いで第１金属層９１２ａ及び第２金属層９１２ｂの残渣を除去する。
【００６４】
上記の工程Ｓ１５において、水晶の単結晶は結晶方位によってエッチングされる速さ（エッチングレート）が異なるため、エッチングによって形成される水晶片９１１にはエッチング残渣Ｌ１，Ｌ２，及びＬ３が形成される。エッチング残渣Ｌ１，Ｌ２，及びＬ３は、水晶片９１１の第１主面９１１ａを平面視したとき、結晶軸方向に応じて異なる大きさで第１主面９１１ａから外側に延出するヒレ状の部分である。
【００６５】
図１５に示すように、ＸＺ面に平行な断面でみた場合、水晶片９１１は、第１主面９１１ａ、第２主面９１１ｂ、エッチング残渣Ｌ１、エッチング残渣Ｌ２を有する。第１主面９１１ａ及び第２主面９１１ｂは、それぞれ、水晶基板９１０として第１金属層９１２ａ及び第２金属層９１２ｂに覆われていた部分に相当する。エッチング残渣Ｌ１は、第１主面９１１ａ及び第２主面９１１ｂの＋Ｘ軸方向（電気軸正方向）における端部を繋ぐ端面に相当する。エッチング残渣Ｌ２は、第１主面９１１ａ及び第２主面９１１ｂの−Ｘ軸方向（電気軸負方向）における端部を繋ぐ端面に相当する。
【００６６】
エッチング残渣Ｌ１が形成される領域において、水晶基板９１０は、例えば、結晶面が形成される方向にエッチングが進行する。具体的には、水晶基板９１０は、第１主面９１０ａから結晶面に近づくようにエッチングされることによって第１端面９１１ｃが形成される。また、第２主面９１０ｂから結晶面に近づくようにエッチングされることによって第２端面９１１ｄが形成される。水晶の＋Ｘ軸方向に対する結晶面の傾きに倣って、第１端面９１１ｃは第１主面９１１ａに対して傾き、第２端面９１１ｄは第２主面９１１ｂに対して傾く。この結果、エッチング残渣Ｌ１は、水晶片９１１側で鈍角を成すように第１主面９１１ａに繋がる第１端面９１１ｃと、水晶片９１１側で鈍角を成すように第２主面９１１ｂに繋がる第２端面９１１ｄとで構成される。第１端面９１１ｃ及び第２端面９１１ｄは、エッチング残渣Ｌ１の＋Ｘ軸方向における先端で、水晶片９１１側において角度θ１を成すように繋がる。
【００６７】
エッチング残渣Ｌ２が形成される領域においても同様に、水晶基板９１０は、例えば、第１主面９１０ａから結晶面に近づくようにエッチングされることによって第３端面９１１ｅが形成される。また、第２主面９１０ｂから結晶面に近づくようにエッチングされることによって第４端面９１１ｆが形成される。水晶の−Ｘ軸方向に対する結晶面の傾きに倣って、第３端面９１１ｅは第１主面９１１ａに対して傾き、第４端面９１１ｆは第２主面９１１ｂに対して傾く。この結果、エッチング残渣Ｌ２は、水晶片９１１側で鈍角を成すように第１主面９１１ａに繋がる第３端面９１１ｅと、水晶片９１１側で鈍角を成すように第２主面９１１ｂに繋がる第４端面９１１ｆとで構成される。第３端面９１１ｅ及び第４端面９１１ｆは、エッチング残渣Ｌ２の−Ｘ軸方向における先端で、水晶片９１１側において角度θ２を成すように繋がる。なお、−Ｘ軸方向及び＋Ｘ軸方向のエッチングレートが異なるため、エッチング残渣Ｌ２はエッチング残渣Ｌ１よりも小さくなる。
【００６８】
図１６に示すように、ＹＺ面に平行な断面でみた場合、水晶片９１１は、第１主面９１１ａ、第２主面９１１ｂ、エッチング残渣Ｌ３を有する。エッチング残渣Ｌ３は、第１主面９１１ａ及び第２主面９１１ｂのＹ軸（機械軸）方向における端部を繋ぐ端面に相当する。
【００６９】
エッチング残渣Ｌ３が形成される領域において、水晶基板９１０は、例えば、第１主面９１０ａから結晶面に近づくようにエッチングされることによって第５端面９１１ｇが形成される。また、第２主面９１０ｂから結晶面に近づくようにエッチングされることによって第６端面９１１ｈが形成される。水晶のＹ軸方向に対する結晶面の傾きに倣って、第５端面９１１ｇは第１主面９１１ａに対して傾き、第６端面９１１ｈは第２主面９１１ｂに対して傾く。この結果、エッチング残渣Ｌ３は、第５端面９１１ｇと第６端面９１１ｈとで構成される。第５端面９１１ｇ及び第６端面９１１ｈは、エッチング残渣Ｌ３のＹ軸方向における先端で、水晶片９１１側において角度θ３を成すように繋がる。水晶はＹ軸に垂直な結晶面を有するため、第５端面９１１ｇの第１主面９１１ａに対する角度は９０度に近く、第６端面９１１ｈの第２主面９１１ｂに対する角度も９０度に近くなる。したがって、エッチング残渣Ｌ３は、エッチング残渣Ｌ２よりも小さくなる。エッチング条件によっては、第５端面９１１ｇの第１主面９１１ａに対する角度、及び第６端面９１１ｈの第２主面９１１ｂに対する角度が略９０度となる。その場合、角度θ３は略１８０度となり、エッチング残渣Ｌ３が略発生しない。
【００７０】
まとめると、水晶片９１１において、水晶の結晶方位によるエッチングレートの異方性に基づいて、エッチング残渣Ｌ３はエッチング残渣Ｌ２よりも小さく、エッチング残渣Ｌ２はエッチング残渣Ｌ１よりも小さい（Ｌ３＜Ｌ２＜Ｌ１）。なお、Ｙ軸は極性軸ではないため、Ｙ軸方向の正方向側におけるエッチング残渣は、Ｙ軸方向の負方向側におけるエッチング残渣と略等しい大きさとなる。
【００７１】
エッチング残渣Ｌ２はエッチング残渣Ｌ１よりも小さいため、第３端面９１１ｅ及び第４端面９１１ｆのＸＺ面における長さの和は第１端面９１１ｃ及び第２端面９１１ｄのＸＺ面における長さの和よりも小さく（９１１ｅ＋９１１ｆ＜９１１ｃ＋９１１ｄ）、角度θ２は角度θ１よりも大きい（θ２＞θ１）。また、エッチング残渣Ｌ３はエッチング残渣Ｌ２よりも小さいため、第５端面９１１ｇ及び第６端面９１１ｈのＹＺ面における長さの和は第３端面９１１ｅ及び第４端面９１１ｆのＹＺ面における長さの和よりも小さく（９１１ｇ＋９１１ｈ＜９１１ｅ＋９１１ｆ）、角度θ３は角度θ２よりも大きい（θ３＞θ２）。このようなエッチング残渣の形状の異方性に起因して、一対の穴を無視して考えた場合に一対の振動腕部の剛性バランスが崩れている。
【００７２】
以上のように、本発明の一態様によれば、基部５０と、基部５０から第１方向Ｄ１に延出し第１方向Ｄ１と交差する第２方向Ｄ２に並ぶ一対の振動腕部６０と、基部５０において、一対の振動腕部６０と第１方向Ｄ１において対向するように、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２と交差する第３方向Ｄ３に沿って設けられた一対の穴７０とを備え、一対の穴７０は、基部５０の第２方向Ｄ２における中心を通る第１方向Ｄ１に沿った仮想の中心線Ｃ１に対して非対称である圧電振動素子１０、が提供される。
【００７３】
上記態様によれば、中心線に対して非対称な一対の穴を設けることで、一対の振動腕部の剛性バランスが改善できる。また、一対の穴によって、一対の振動腕部からの振動漏れが抑制できる。これらの結果、水晶振動素子の振動特性が向上する。一対の穴は基部の第１主面又は第２主面に開口部を有するため、一対の振動腕部の間の股部に切り込みを入れる構成と比べて、応力の集中が抑制できる。これにより、水晶振動素子の耐衝撃性を向上させ、信頼性の低下が抑制できる。
【００７４】
一対の穴７０は、非貫通穴であってもよい。これによれば、一対の穴を設けることによる基部及び一対の振動腕部の剛性低下が抑制できる。
【００７５】
一対の穴７０は、貫通穴であってもよい。これによれば、基部における振動の伝達経路が減少するため、一対の振動腕部からの振動漏れが効果的に抑制できる。
【００７６】
一対の穴７０は、第１方向Ｄ１に沿った長さＬ１１，Ｌ１２の大きさが互いに異なってもよい。これによれば、上記の効果を得ることができる。
【００７７】
一対の穴２７０は、第２方向Ｄ２に沿った幅Ｗ２１，Ｗ２２の大きさが互いに異なってもよい。これによれば、上記の効果を得ることができる。
【００７８】
一対の穴３７０は、第３方向Ｄ３に沿った深さＤ３１，Ｄ３２の大きさが互いに異なってもよい。これによれば、上記の効果を得ることができる。
【００７９】
一対の穴５７０は、中心線Ｃ５からの距離Ｐ５１，Ｐ５２の大きさが互いに異なってもよい。これによれば、上記の効果を得ることができる。
【００８０】
基部５０及び一対の振動腕部６０が水晶によって設けられ、水晶の電気軸は、第２方向Ｄ２に沿って延在してもよい。このとき、化学エッチングによって水晶片の外形形状を形成すると、形状異方性を有するエッチング残渣が形成される。これによれば、一対の振動腕部の剛性バランスが崩れ、例えば第１振動腕部の剛性が第２振動腕部よりも高くなるが、一対の穴を基部に設けることで一対の振動腕部の剛性バランスが調整できる。
【００８１】
一対の穴７０は、中心線Ｃ１に対して電気軸の正方向側に設けられた第１穴７１と、中心線Ｃ１に対して電気軸の負方向側に設けられた第２穴７２と、を備え、第１穴７１の内部空間の体積は、第２穴７２の内部空間の体積よりも大きくてもよい。これによれば、第１振動腕部の剛性が第２振動腕部よりも高いときに、第１振動腕部の剛性を第２振動腕部の剛性よりも低下させることで、一対の振動腕部の剛性バランスが改善できる。
【００８２】
以上説明したように、本発明の一態様によれば、振動特性を向上し、且つ信頼性の低下を抑制できる圧電振動素子を提供することが可能となる。
【００８３】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００８４】
１…水晶振動子
１０…水晶振動素子
１１…水晶片
３０…ベース部材
４０…接合部材
５０…基部
６０…一対の振動腕部
６１…第１振動腕部
６２…第２振動腕部
７０…一対の穴
７１…第１穴
７２…第２穴
Ｃ１…中心線
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…エッチング残渣
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成31年4月25日(2019.4.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部から第１方向に延出し前記第１方向と交差する第２方向に並ぶ一対の振動腕部と、
前記基部において、前記一対の振動腕部と前記第１方向において対向するように、前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向に沿って設けられた一対の穴と
を備え、
前記一対の穴は、前記基部の前記第２方向における中心を通る前記第１方向に沿った仮想の中心線に対して非対称であり、
前記一対の穴は、前記第１方向に沿った長さの大きさが互いに異なる、圧電振動素子。
【請求項２】
基部と、
前記基部から第１方向に延出し前記第１方向と交差する第２方向に並ぶ一対の振動腕部と、
前記基部において、前記一対の振動腕部と前記第１方向において対向するように、前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向に沿って設けられた一対の穴と
を備え、
前記一対の穴は、前記基部の前記第２方向における中心を通る前記第１方向に沿った仮想の中心線に対して非対称であり、
前記一対の穴は、前記第２方向に沿った幅の大きさが互いに異なる、圧電振動素子。
【請求項３】
基部と、
前記基部から第１方向に延出し前記第１方向と交差する第２方向に並ぶ一対の振動腕部と、
前記基部において、前記一対の振動腕部と前記第１方向において対向するように、前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向に沿って設けられた一対の穴と
を備え、
前記一対の穴は、前記基部の前記第２方向における中心を通る前記第１方向に沿った仮想の中心線に対して非対称であり、
前記一対の穴は、前記第３方向に沿った深さの大きさが互いに異なる、圧電振動素子。
【請求項４】
基部と、
前記基部から第１方向に延出し前記第１方向と交差する第２方向に並ぶ一対の振動腕部と、
前記基部において、前記一対の振動腕部と前記第１方向において対向するように、前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向に沿って設けられた一対の穴と
を備え、
前記一対の穴は、前記基部の前記第２方向における中心を通る前記第１方向に沿った仮想の中心線に対して非対称であり、
前記一対の穴は、前記中心線からの距離の大きさが互いに異なる、圧電振動素子。
【請求項５】
前記基部及び前記一対の振動腕部が水晶によって設けられ、
前記水晶の電気軸は、前記第２方向に沿って延在する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の圧電振動素子。
【請求項６】
前記一対の穴は、前記中心線に対して電気軸の正方向側に設けられた第１穴と、前記中心線に対して電気軸の負方向側に設けられた第２穴と、を備え、
前記第１穴の内部空間の体積は、前記第２穴の内部空間の体積よりも大きい、
請求項５に記載の圧電振動素子。
【請求項７】
前記一対の穴は、非貫通穴である、
請求項１から６のいずれか１項に記載の圧電振動素子。
【請求項８】
前記一対の穴は、貫通穴である、
請求項１から６のいずれか１項に記載の圧電振動素子。
【国際調査報告】
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