JP5272880B2

JP5272880B2 - 屈曲振動片

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Publication number: JP5272880B2
Application number: JP2009111256A
Authority: JP
Inventors: 隆山崎; 誠古畑
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2029-04-30
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Description

本発明は、例えば振動子や共振子、発振器、ジャイロ、各種センサ等の様々な圧電デバイス、その他の電子デバイスに使用され、屈曲振動モードで振動する屈曲振動片に関する。

従来、音叉型圧電振動片のような屈曲振動モードの圧電振動片では、振動腕の表面及び／又は裏面に長手方向の溝部を形成し、かつ該溝部の内面に励振電極を成膜した構造が広く採用されている（例えば、特許文献１を参照）。このような振動腕は、その側面の励振電極と溝部内の励振電極との間で電界が、振動腕の断面において広く分布するように発生し、電界効率が大幅に向上するので、振動片を小型化しても振動損失が少なく、ＣＩ値を低く抑制することができる。

また、屈曲振動モードの圧電振動片は、振動腕を屈曲励振させたときに振動エネルギーの損失が生じると、ＣＩ値の増加やＱ値の低下などの性能低下を招くことになる。かかる振動エネルギーの損失を防止又は低減するために、振動腕が延出する基部の両側部に切込み部又は所定深さの切込み溝を形成した音叉型水晶振動片が知られている（特許文献２，３を参照）。振動腕の振動がその主面に対して垂直方向即ち面外方向の成分を含む場合、基部の切込み部又は切込み溝が、基部から漏れる振動を緩和することにより振動エネルギーの閉込効果を高め、ＣＩ値の増大を抑制しかつ振動片間でのＣＩ値のばらつきを防止する。

振動エネルギーの損失は、屈曲振動する振動腕の圧縮部と引張応力を受ける伸張部との間で発生する温度差による熱伝導によっても発生する。この熱伝導によって生じるＱ値の低下は熱弾性損失効果と呼ばれ、このＱ値低下を防止又は抑制するために、矩形断面を有する振動腕（振動梁）の中心線上に溝又は孔を形成して熱伝導を阻止した音叉型の振動子が知られている（例えば、特許文献４を参照）。

国際公開ＷＯ００／４４０９２号公報特開２００２−２６１５７５号公報特開２００４−２６０７１８号公報実願昭６３−１１０１５１号明細書

しかしながら、特許文献４記載のように振動腕に貫通孔を形成すると、その剛性が著しく低下するので、好ましくない。また、上記従来技術のように振動腕の表裏主面にその中心線上に溝部を形成した圧電振動片では、熱弾性効果に起因するＱ値の低下を十分に防止又は抑制することが困難であった。

そこで、本願発明者らは、基部から延長して屈曲振動する断面矩形の屈曲振動部即ち振動腕が、互いに対向しかつ屈曲振動により交互に伸縮する第１面及び第２面と、互いに対向しかつそれぞれ溝部を設けた第３面及び第４面とを有する屈曲振動片において、第３面と第４面間の距離よりも各溝部の深さを小さくしかつ両溝部の深さの和を大きくすると共に、両溝部を第１面と第２面間に配置した構成を提案している。このように溝部を設けて振動腕の断面をＳ字形状に形成することにより、第１面と第２面間の熱移動経路をより長くし、振動腕の伸張部と圧縮部間に発生する温度差が熱伝導で緩和するまでの時間をより長くして、熱弾性効果によるＱ値変動の抑制を図っている。

ところが、このように溝部を形成した断面Ｓ字状の振動腕は、これを屈曲振動させたとき、溝部を形成した主面を含む面内方向だけでなく、該主面に対して垂直方向にも変位する場合があることが分かった。図９及び図１０は、かかる断面Ｓ字状の振動腕を備える音叉型圧電振動片の構成を模式的に示している。

図９（Ａ）の音叉型圧電振動片１は、基部２から平行に延長する１対の振動腕３，４を有し、前記各振動腕の表裏主面には、それぞれ前記基部との結合部から長手方向に延長する１本の第１溝部５ａ，６ａ及び第２溝部５ｂ，６ｂが同じ幅、長さ及び深さで形成されている。この従来例の圧電振動片１は、水晶で一体に形成され、水晶結晶軸の電気軸Ｘ軸を前記振動腕の幅方向に、機械軸Ｙ軸を前記振動腕の長手方向に、光学軸Ｚ軸を前記振動片の厚さ方向に配向している。

表側主面の第１溝部５ａ，６ａは、各振動腕３，４の中心線ｉに関して幅方向の外側即ち他方の振動腕とは反対側に配置されている。裏側主面の第２溝部５ｂ，６ｂは、前記各振動腕の長手方向の中心線ｉに関して幅方向の内側即ち他方の振動腕側に配置されている。第１溝部５ａ，６ａ及び第２溝部５ｂ，６ｂは、図９（Ｂ）に示すように、深さが振動腕３，４の厚さの１／２より大きく、前記各振動腕の表裏主面から見て互いに重複せずかつ側面から見て互いに重複するように設けられている。その結果、前記各振動腕の断面は、両振動腕間の中心線ｉ’に関して互いに線対称のＳ字形状に形成されている。

振動腕３，４の前記第１溝部及び第２溝部には、それぞれ内面に第１励振電極（図示せず）が形成され、かつ前記各振動腕の両側面には、それぞれ第２励振電極（図示せず）が形成されている。一方の振動腕の第１励振電極と他方の振動腕の第２励振電極とが互いに接続され、それらに交流電圧を印加することによって、前記両振動腕が互いに接近又は離反する向きに振動する。

このとき、振動腕３，４は、前記表裏主面の面内方向だけでなく、面外方向即ち±Ｚ方向にも振動成分を有することが分かった。前記各振動腕は、互いに離反する向きに屈曲するとき、図９（Ｂ）に矢印Ａ１，Ａ２で示すように、それぞれ−Ｚ方向にも変位する。また、前記各振動腕は、互いに接近する向きに屈曲するとき、図９（Ｂ）に矢印Ｂ１，Ｂ２で示すように、それぞれ＋Ｚ方向にも変位する。

図１０（Ａ）の音叉型圧電振動片７は、表側主面の第１溝部８ａ，９ａが、各振動腕３，４の中心線ｉに関して幅方向の同じ側に即ち図中左側に配置されている。裏側主面の第２溝部８ｂ，９ｂも、前記各振動腕の中心線ｉに関して幅方向の同じ側に即ち図中右側に配置されている。前記第１溝部及び第２溝部の深さは、図９の圧電振動片１と同様に、振動腕３，４の厚さの１／２より大きく、前記各振動腕の表裏主面から見て互いに重複せずかつ側面から見て互いに重複するように設けられている。従って、図１０（Ｂ）に示すように、圧電振動片７の前記各振動腕の断面は、両振動腕間の中心点Ｏに関して互いに点対称のＳ字形に形成されている。

この音叉型圧電振動片７においても、振動腕３，４は、前記第１溝部及び第２溝部に形成された第１励振電極と前記各振動腕の両側面に形成された第２励振電極とに交流電圧を印加して、互いに接近又は離反する向きに振動させたとき、前記面内方向だけでなく、面外方向即ち±Ｚ方向の振動成分を有することが分かった。前記振動腕が互いに離反する向きに屈曲するとき、図１０（Ｂ）に矢印Ａ１，Ａ２で示すように、一方の振動腕３は−Ｚ方向にかつ他方の振動腕４は＋Ｚ方向にも変位する。逆に前記振動腕が互いに接近する向きに屈曲するとき、図１０（Ｂ）に矢印Ｂ１，Ｂ２で示すように、一方の振動腕３は＋Ｚ方向にかつ他方の振動腕４は−Ｚ方向にも変位する。

図９（Ｂ）及び図１０（Ｂ）において、前記各振動腕の断面をＸ方向及びＺ方向の中心線で分割して考えると、前記振動腕の屈曲振動時における±Ｚ方向の変位は、質量が大きい方に引っ張られるように起こっていることが分かる。例えば図９（Ｂ）において、振動腕３は、その中心から第１及び第２溝部５ａ，５ｂの占有面積が少ない−Ｘ・−Ｚ領域及び＋Ｘ・＋Ｚ領域の向きに、±Ｚ方向の変位が生じる。これは、振動腕３とは第１及び第２溝部６ａ，６ｂの配置が異なる振動腕４においても、同様である。これは、振動腕の曲げモーメントはその断面において質量がより大きい方向に作用するからである、と考えられる。

このような振動腕の±Ｚ方向の振動成分即ち面外振動成分は、振動エネルギーの損失即ち振動漏れを生じさせるので、振動片のＱ値が低下し、ＣＩ値を劣化させることになる。更に屈曲振動片は、小型化によってもＱ値が低下するから、振動漏れによるＱ値の低下は、振動片の小型化、薄型化をも妨げる。

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、基部から延長する振動腕の対向する第１及び第２の主面にそれぞれ長手方向の第１溝部及び第２溝部を形成し、かつこれら第１及び第２溝部を振動腕の中心線に関して幅方向に、第１の主面と第２の主面との間で互いに反対側にずらして配置した屈曲振動片において、振動腕を屈曲振動させたとき、第１及び第２の主面に対して垂直方向に生じ得る振動成分を解消し又は抑制して振動漏れを解消又は低減させることにより、Ｑ値を向上させ、それによりＣＩ値を改善し、高性能化を図ると同時に、小型化及び薄型化を実現することにある。

本発明の屈曲振動片は、上記目的を達成するために、基部と、表裏の関係にある第１及び第２の主面を有しており、かつ前記基部から延在している振動腕と、を備え、
第１の主面が、振動腕の長手方向の中心線を境にして両側に長手方向に沿って交互にずらして配置されている複数の第１溝部分を有し、
第２の主面が、振動腕の長手方向の中心線を境にして両側に長手方向に沿って交互にずらして配置されている複数の第２溝部分を有し、
第１溝部分、第２溝部分、及び振動腕の両側面に励振電極を備えていることを特徴とする。

このようにそれぞれ複数の第１溝部分及び第２溝部分を配置した振動腕の断面を見ると、これを幅方向及び厚さ方向の中心線に沿って分割したとき、幅方向及び厚さ方向に第１溝部分又は第２溝部分の開口とは反対側の領域は、他の領域よりも第１溝部分又は第２溝部分の占有面積が少なくて質量が大きい。この質量が大きい領域は、振動腕の長手方向に沿って次の第１及び第２溝部分の位置にくる毎に、交互に逆の対角位置にくる。その結果、励振電極に電圧を印加して振動腕を屈曲振動させたとき、その長手方向に沿って各第１及び第２溝部分の位置毎に、第１及び第２の主面に対して面外方向の振動成分が逆向きに発生して互いに打ち消し合う。これにより、振動腕全体として面外方向の変位が解消又は十分に抑制され、振動エネルギーを第１及び第２の主面の面内方向に閉じ込めて振動漏れを防止できるので、屈曲振動片のＱ値を向上させ、ＣＩ値を抑制することができ、更に小型化、薄型化を促進することができる。

或る実施例では、複数の第１溝部分及び第２溝部分のうち基部側に位置している第１及び第２溝部分の幅が、これら基部側に位置している第１及び第２溝部分よりも先端側、即ち基部から遠い側に位置している第１及び第２溝部分の幅より大きい構成を含むことが好ましい。振動腕の面外方向の変位には、振動腕の基端側に発生する応力が先端側に発生する応力よりも大きく寄与することから、このように第１及び第２溝部分の幅を設定することによって、振動腕全体として面外方向の変位をより良好に解消又は抑制することができる。

別の実施例では、複数の第１溝部分及び第２溝部分のうち基部側に位置している第１及び第２溝部分の長さが、これら基部側に位置している第１及び第２溝部分よりも先端側、即ち基部から遠い側に位置している第１及び第２溝部分の長さより短い構成を含むことが好ましい。上述したように、振動腕の面外方向の変位には、振動腕の基端側に発生する応力が先端側に発生する応力よりも大きく寄与することから、このように第１及び第２溝部分の長さを設定することによって、振動腕全体として面外方向の変位をより良好に解消又は抑制することができる。

また或る実施例において、本発明は、例えば２本の振動腕を有する音叉型屈曲振動片のように、複数の振動腕が基部から平行に延長し、かつ互いに接近又は離反する向きに屈曲振動する屈曲振動片に適用することができる。

更に別の実施例において、本発明は、複数の振動腕が基部から平行に延長し、かつ互いに逆相の屈曲モードで振動する屈曲振動片に適用することができる。

（Ａ）図は本発明による屈曲振動片の第１実施例の概略平面図、（Ｂ）図は振動腕のＩb−Ｉb線における断面図、（Ｃ）図はＩc−Ｉc線における断面図。（Ａ）図は本発明による屈曲振動片の第２実施例の概略平面図、（Ｂ）図は振動腕のIIb−IIb線における断面図、（Ｃ）図はIIc−IIc線における断面図。（Ａ）図は本発明による屈曲振動片の第３実施例の概略平面図、（Ｂ）図は振動腕のIIIb−IIIb線における断面図、（Ｃ）図はIIIc−IIIc線における断面図。（Ａ）図は本発明による屈曲振動片の第４実施例の概略平面図、（Ｂ）図は振動腕のIVb−IVb線における断面図、（Ｃ）図はIVc−IVc線における断面図。（Ａ）図は本発明による屈曲振動片の第５実施例の概略平面図、（Ｂ）図は振動腕のＶb−Ｖb線における断面図、（Ｃ）図はＶc−Ｖc線における断面図。（Ａ）図は本発明による屈曲振動片の第６実施例の概略平面図、（Ｂ）図は振動腕のVIb−VIb線における断面図、（Ｃ）図はVIc−VIc線における断面図。（Ａ）図は本発明による屈曲振動片の第７実施例の概略平面図、（Ｂ）図は振動腕のVIIb−VIIb線における断面図、（Ｃ）図はVIIc−VIIc線における断面図。（Ａ）図は本発明による屈曲振動片の第８実施例の概略平面図、（Ｂ）図は振動腕のVIIIb−VIIIb線における断面図、（Ｃ）図はVIIIc−VIIIc線における断面図。（Ａ）図は従来の音叉型圧電振動片の概略平面図、（Ｂ）図はそのIX−IX線における振動腕の断面図。（Ａ）図は従来の別の音叉型圧電振動片の概略平面図、（Ｂ）図はそのＸ−Ｘ線における振動腕の断面図。

以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。尚、添付図面において、同一又は類似の構成要素には同一又は類似の参照符号を付して説明する。

図１（Ａ）は、本発明による屈曲振動片の第１実施例を概略的に示している。本実施例の屈曲振動片１１は、基部１２から平行に延長する１本の振動腕１３を有する。振動腕１３の表裏主面１４，１５には、前記基部との結合部から長手方向に延長する第１溝部及び第２溝部が形成されている。圧電振動片１１は水晶で一体に形成され、水晶結晶軸の電気軸Ｘ軸を前記振動腕の幅方向に、機械軸Ｙ軸を前記振動腕の長手方向に、光学軸Ｚ軸を前記振動片の厚さ方向に配向している。別の実施例では、水晶以外の圧電材料やシリコン等の半導体材料で形成することもできる。

表側主面１４の前記第１溝部は、振動腕１３の長手方向に沿って同じ幅、長さ及び深さを有する２つの第１溝部分１６ａ，１６ｂに分割されている。前記第１溝部分は、振動腕１３の長手方向の中心線ｉに関してその幅方向の両側に交互にずらして配置される。具体的には、基端側即ち前記基部に近い側の第１溝部分１６ａが、前記中心線ｉに関して幅方向の片側即ち図中右側に配置され、先端側即ち前記基部から遠い側の第１溝部分１６ｂが、前記中心線ｉに関して幅方向の反対側即ち図中左側に配置されている。

裏側主面１５の前記第２溝部は、同様に振動腕１３の長手方向に沿って同じ幅、長さ及び深さを有する２つの第２溝部分１７ａ，１７ｂに分割されている。前記第２溝部分は、振動腕１３の長手方向の中心線ｉに関してその幅方向の両側に交互にずらして配置される。具体的には、基端側の第２溝部分１７ａが、前記中心線ｉに関して幅方向の片側即ち図中左側に配置され、先端側の第２溝部分１７ｂが、前記中心線ｉに関して幅方向の反対側即ち図中右側に配置されている。

第１溝部分１６ａ，１６ｂ及び第２溝部分１７ａ，１７ｂは、図１（Ｂ）（Ｃ）に示すように、深さが振動腕１３の厚さの１／２より大きく、前記振動腕の側面から見て互いに重複している。前記振動腕の長手方向に互いに対応する位置にある第１溝部分１６ａ，１６ｂと第２溝部分１７ａ，１７ｂとは、前記振動腕の表裏主面から見て互いに重複しないように、その中心線ｉに関して互いに幅方向の反対側に配置されている。従って、振動腕１３の第１及び第２溝部分１６ａ，１７ａが設けられた基端側部分と、第１及び第２溝部分１６ｂ，１７ｂが設けられた先端側部分とは、互いに鏡面対称をなすＳ字形の断面形状を有する。

振動腕１３の断面を幅方向及び厚さ方向の中心線で分割すると、前記基端側部分は、図１（Ｂ）に示すように、第１及び第２溝部分１６ａ，１７ａの占有面積が少ない−Ｘ・＋Ｚ領域及び＋Ｘ・−Ｚ領域の質量が、−Ｘ・−Ｚ領域及び＋Ｘ・＋Ｚ領域よりも大きい。振動腕１３の前記先端側部分は、図１（Ｃ）に示すように、第１及び第２溝部分１６ｂ，１７ｂの占有面積が少ない−Ｘ・−Ｚ領域及び＋Ｘ・＋Ｚ領域の質量が、−Ｘ・＋Ｚ領域及び＋Ｘ・−Ｚ領域よりも大きい。

第１溝部分１６ａ，１６ｂ及び第２溝部分１７ａ，１７ｂには、それぞれ振動腕１３の側面に隣接する側面に第１励振電極（図示せず）が形成され、かつ前記振動腕の両側面には、それぞれ第２励振電極（図示せず）が形成されている。前記第１励振電極と前記第２励振電極とに所定の交流電圧を印加すると、振動腕１３は図１（Ａ）の矢印Ａ，Ｂの向きに屈曲振動する。

このとき、振動腕１３の前記基端側部分は、図１（Ｂ）の矢印Ａa，Ｂaで示すように、断面中心から質量の大きい−Ｘ・＋Ｚ方向及び＋Ｘ・−Ｚ方向に屈曲しようとする。これに対し、振動腕１３の前記先端側部分は、図１（Ｃ）の矢印Ａb，Ｂbで示すように、断面中心から同じく質量の大きい−Ｘ・−Ｚ方向及び＋Ｘ・＋Ｚ方向に屈曲しようとする。この結果、振動腕１３全体として、±Ｚ方向の振動成分が打ち消し合うことになる。

これにより、振動腕１３は、±Ｚ方向の変位が解消又は十分に抑制され、振動エネルギーを表裏主面１４，１５の面内方向に閉じ込めることができる。従って、屈曲振動片１１のＱ値を向上させ、ＣＩ値を抑制することができ、その結果小型化、薄型化を促進することができる。

図２（Ａ）は、本発明による圧電振動片の第２実施例を概略的に示している。本実施例の屈曲振動片１８は、基端側の第１溝部分１９ａ及び第２溝部分２０ａの幅ｗ1が、先端側の第１溝部分１９ｂ及び第２溝部分２０ｂの幅ｗ2と異なり、かつｗ1＞ｗ2である点において、図１の第１実施例と異なる。

振動腕１３を図２（Ａ）の矢印Ａ，Ｂの向きに屈曲振動させると、振動腕１３の基端側部分は、図２（Ｂ）の矢印Ａa，Ｂaで示すように、断面中心から質量の大きい−Ｘ・＋Ｚ方向及び＋Ｘ・−Ｚ方向に屈曲しようとする。これに対し、振動腕１３の先端側部分は、図２（Ｃ）の矢印Ａb，Ｂbで示すように、断面中心から同じく質量の大きい−Ｘ・−Ｚ方向及び＋Ｘ・＋Ｚ方向に屈曲しようとする。

振動腕１３の面外方向の変位には、前記振動腕の基端側に発生する応力が先端側に発生する応力よりも大きく寄与することが確認されている。従って、上述したように第１及び第２溝部分１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂの幅を基端側と先端側とで異なる大きさに設定することによって、振動腕１３全体として面外方向の振動成分をより良好に打ち消し合わせ、面外方向の変位を解消又は抑制することができる。従って、屈曲振動片１８のＱ値をより向上させ、ＣＩ値をより効果的に抑制することができる。

図３（Ａ）は、本発明による圧電振動片の第３実施例を概略的に示している。本実施例の屈曲振動片２１は、基端側の第１溝部分２２ａ及び第２溝部分２３ａの長さＬ1が、先端側の第１溝部分２２ｂ及び第２溝部分２３ｂの長さＬ2と異なり、かつＬ1＜Ｌ2である点において、図１の第１実施例と異なる。

振動腕１３を図３（Ａ）の矢印Ａ，Ｂの向きに屈曲振動させると、振動腕１３の基端側部分は、図３（Ｂ）の矢印Ａa，Ｂaで示すように、断面中心から質量の大きい−Ｘ・＋Ｚ方向及び＋Ｘ・−Ｚ方向に屈曲しようとする。これに対し、振動腕１３の先端側部分は、図３（Ｃ）の矢印Ａb，Ｂbで示すように、断面中心から同じく質量の大きい−Ｘ・−Ｚ方向及び＋Ｘ・＋Ｚ方向に屈曲しようとする。

振動腕１３の面外方向の変位には、前記振動腕の基端側に発生する応力が先端側に発生する応力よりも大きく寄与することが確認されている。従って、上述したように第１及び第２溝部分２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂの長さを基端側と先端側とで異なる大きさに設定することによって、振動腕１３全体として面外方向の振動成分をより良好に打ち消し合わせ、面外方向の変位を解消又は抑制することができる。従って、屈曲振動片１８のＱ値をより向上させ、ＣＩ値をより効果的に抑制することができる。

別の実施例では、第３実施例に第２実施例を組み合わせることができる。例えば、基端側の第１溝部分２２a及び第２溝部分２３aの幅を、先端側の第１溝部分２２ｂ及び第２溝部分２３ｂの幅よりも大きくし、又は小さくすることができる。

図４（Ａ）は、本発明による圧電振動片の第４実施例を概略的に示している。本実施例の屈曲振動片２４は、表側主面１４の第１溝部が振動腕１３の長手方向に沿って同じ幅、長さ及び深さを有する３つの第１溝部分２５ａ〜２５ｃに分割され、かつ裏側主面１５の第２溝部が同じく振動腕１３の長手方向に沿って同じ幅、長さ及び深さを有する３つの第２溝部分２６ａ〜２６ｃに分割されている点において、図１の第１実施例と異なる。第１溝部分２５ａ〜２５ｃは、振動腕１３の長手方向の中心線ｉに関してその幅方向の両側に交互にずらして配置されている。第２溝部分２６ａ〜２６ｃは、前記中心線ｉに関してその幅方向の両側に交互にずらして、かつ第１溝部分２５ａ〜２５ｃに対して前記振動腕の表裏主面から見て互いに重複しないように、前記中心線ｉに関して互いに幅方向の反対側に配置されている。

振動腕１３を図４（Ａ）の矢印Ａ，Ｂの向きに屈曲振動させると、振動腕１３の基端側部分は、図４（Ｂ）の矢印Ａa，Ｂaで示すように、断面中心から質量の大きい−Ｘ・＋Ｚ方向及び＋Ｘ・−Ｚ方向に屈曲しようとする。振動腕１３の中央部分は、図４（Ｃ）の矢印Ａb，Ｂbで示すように、断面中心から質量の大きい−Ｘ・−Ｚ方向及び＋Ｘ・＋Ｚ方向に屈曲しようとする。振動腕１３の先端側部分は、前記基端側部分と同様に、図４（Ｃ）の矢印Ａb，Ｂbで示すように、断面中心から質量の大きい−Ｘ・＋Ｚ方向及び＋Ｘ・−Ｚ方向に屈曲しようとする。

このように分割した第１及び第２溝部分の数を増やすことによって、振動腕の幅方向に各第１及び第２溝部分の配置が変わる毎に、振動腕１３の基端側から先端側に長さ方向に沿って面外振動成分の向きがより頻繁に繰り返して逆方向に変化する。その結果、振動腕全体として面内方向によりスムーズに屈曲振動させることができる。別の実施例では、前記第１及び第２溝部を４つ以上の第１及び第２溝部分に分割することができる。

また、別の実施例では、第４実施例に第２、第３実施例を別々に又は両方共組み合わせて実施することができる。例えば、振動腕１３の長手方向に沿って第１溝部分２５a〜２５ｃ及び第２溝部分２６a〜２６ｃを互いに異なる長さに設定し、又は互いに異なる幅に設定し、又は互いに異なる長さ及び幅に設定することができる。

図５（Ａ）は、本発明による圧電振動片の第５実施例を概略的に示している。本実施例の屈曲振動片３１は、基部３２から平行に延長する１対の振動腕３３，３４を有する音叉型の屈曲振動片である。

振動腕３３の表裏主面３５，３６には、それぞれ前記基部との結合部から長手方向に延長する第１溝部及び第２溝部が形成されている。表側主面３５の前記第１溝部は、振動腕１３の長手方向に沿って同じ幅、長さ及び深さを有する２つの第１溝部分３７ａ，３７ｂに分割され、前記各第１溝部分は、振動腕３３の長手方向の中心線ｉに関してその幅方向の両側に交互にずらして配置されている。裏側主面３６の前記第２溝部は、同じく振動腕３３の長手方向に沿って同じ幅、長さ及び深さを有する２つの第２溝部分３８ａ，３８ｂに分割され、前記各第２溝部分は、前記中心線ｉに関してその幅方向の両側に交互にずらして配置されている。

同様に振動腕３４の表裏主面３９，４０には、それぞれ前記基部との結合部から長手方向に延長する第１溝部及び第２溝部が形成されている。表側主面３９の前記第１溝部は、振動腕３４の長手方向に沿って同じ幅、長さ及び深さを有する２つの第１溝部分４１ａ，４１ｂに分割され、前記各第１溝部分は、振動腕３３の長手方向の中心線ｉに関してその幅方向の両側に交互にずらして配置されている。裏側主面４０の前記第２溝部は、同じく振動腕３４の長手方向に沿って同じ幅、長さ及び深さを有する２つの第２溝部分４２ａ，４２ｂに分割され、前記各第２溝部分は、前記中心線ｉに関してその幅方向の両側に交互にずらして配置されている。

両振動腕３３，３４の表側主面３５，３９の前記第１溝部は、図５（Ｂ）（Ｃ）に示すように、前記両振動腕間の中心線ｉ’に関して対称に設けられ、基端側の第１溝部分３７ａ，４１ａが互いに隣接する側に配置され、かつ先端側の第１溝部分３７ｂ，４１ｂが互いに反対側に配置されている。両振動腕３３，３４の裏側主面３６，４０の前記第２溝部は、同様に前記両振動腕間の中心線ｉ’に関して対称に設けられているが、逆に先端側の第１溝部分３８ｂ，４２ｂが互いに隣接する側に配置され、かつ基端側の第１溝部分３８ａ，４２ａが互いに反対側に配置されている。これにより、両振動腕３３，３４の基端側部分及び先端側部分は、それぞれが互いに前記中心線ｉ’に関して線対称のＳ字形の断面形状を有する。

図５（Ｂ）に示すように、振動腕３３の断面を幅方向及び厚さ方向の中心線で分割すると、その基端側部分は、第１及び第２溝部分３６ａ，３８ａの占有面積が少ない−Ｘ・＋Ｚ領域及び＋Ｘ・−Ｚ領域の質量が、−Ｘ・−Ｚ領域及び＋Ｘ・＋Ｚ領域よりも大きい。振動腕３３と線対称の断面形状を有する振動腕３３の基端側部分は、第１及び第２溝部分４１ａ，４２ａの占有面積が少ない＋Ｘ・＋Ｚ領域及び−Ｘ・−Ｚ領域の質量が、−Ｘ・＋Ｚ領域及び＋Ｘ・−Ｚ領域よりも大きい。

図５（Ｃ）に示すように、振動腕３３の先端側部分は、第１及び第２溝部分３７ｂ，３８ｂの占有面積が少ない−Ｘ・−Ｚ領域及び＋Ｘ・＋Ｚ領域の質量が、−Ｘ・＋Ｚ領域及び＋Ｘ・−Ｚ領域よりも大きい。これと対称的に、振動腕３４の先端側部分は、第１及び第２溝部分４１ｂ，４２ｂの占有面積が少ない＋Ｘ・−Ｚ領域及び−Ｘ・＋Ｚ領域の質量が、−Ｘ・−Ｚ領域及び＋Ｘ・＋Ｚ領域よりも大きい。

振動腕３３，３４の前記第１溝部及び第２溝部には、それぞれ内面に第１励振電極（図示せず）が形成され、かつ前記各振動腕の両側面には、それぞれ第２励振電極（図示せず）が形成されている。一方の前記振動腕の第１励振電極と他方の前記振動腕の第２励振電極とが互いに接続され、それらに交流電圧を印加することによって、前記両振動腕が、図５（Ａ）の矢印Ａ，Ｂで示すように、互いに接近又は離反する向きに振動する。

このとき、振動腕３３の基端側部分は、図５（Ｂ）の矢印Ａa1，Ｂa1で示すように、断面中心から質量の大きい−Ｘ・＋Ｚ方向及び＋Ｘ・−Ｚ方向に屈曲しようとする。振動腕３４の基端側部分は、図５（Ｂ）の矢印Ａa2，Ｂa2で示すように、断面中心から質量の大きい＋Ｘ・＋Ｚ方向及び−Ｘ・−Ｚ方向に屈曲しようとする。これに対し、振動腕３３の先端側部分は、図５（Ｃ）の矢印Ａb1，Ｂb1で示すように、断面中心から質量の大きい−Ｘ・−Ｚ方向及び＋Ｘ・＋Ｚ方向に屈曲しようとする。振動腕３４の先端側部分は、図５（Ｃ）の矢印Ａb2，Ｂb2で示すように、断面中心から質量の大きい＋Ｘ・−Ｚ方向及び−Ｘ・＋Ｚ方向に屈曲しようとする。

このように、両振動腕３３，３４の基端側部分は、互いにＺ方向の同じ向きに面外振動成分を有し、かつそれらの先端側部分は、互いにＺ方向の同じ向きであって前記基端側部分とは逆向きに面外振動成分を有する。この結果、各振動腕３３，３４は、それぞれ全体として±Ｚ方向の振動成分が打ち消し合い、±Ｚ方向の変位が解消又は抑制される。従って、屈曲振動片３１は、Ｑ値を向上させかつＣＩ値を抑制することができ、その結果小型化、薄型化を促進することができる。

図６（Ａ）は、本発明による圧電振動片の第６実施例を概略的に示している。本実施例の屈曲振動片４３は、第５実施例の変形であって、基部３２から平行に延長する１対の振動腕３３，３４を有する音叉型の屈曲振動片である。一方の振動腕３３は、第５実施例と同一の構成を有し、表側主面３５の基端側の第１溝部分４４ａが他方の振動腕３４に隣接する側にかつ先端側の第１溝部分４４ｂがそれとは反対側に配置され、裏側主面３６の先端側の第２溝部分４５ｂが他方の振動腕３４に隣接する側にかつ基端側の第２溝部分４５ａがそれとは反対側に配置されている。

これに対し、他方の振動腕３４は、表側主面３５の先端側の第１溝部分４６ｂが他方の振動腕３４に隣接する側にかつ基端側の第１溝部分４６ａがそれとは反対側に配置され、裏側主面３６の基端側の第２溝部分４７ａが他方の振動腕３４に隣接する側にかつ先端側の第２溝部分４７ｂがそれとは反対側に配置されている点において、第５実施例の屈曲振動片３１と異なる。これにより、両振動腕３３，３４の基端側部分及び先端側部分は、図６（Ｂ）（Ｃ）に示すように、それぞれが互いに前記両振動腕間の中心Ｏに関して点対称のＳ字形の断面形状を有する。

従って、屈曲振動片４３を図６（Ａ）の矢印Ａ，Ｂで示すように、互いに接近又は離反する向きに振動させると、振動腕３３の基端側部分は、図６（Ｂ）の矢印Ａa1，Ｂa1で示すように、断面中心から質量の大きい−Ｘ・＋Ｚ方向及び＋Ｘ・−Ｚ方向に屈曲しようとする。振動腕３４の基端側部分は、図６（Ｂ）の矢印Ａa2，Ｂa2で示すように、断面中心から質量の大きい＋Ｘ・−Ｚ方向及び−Ｘ・＋Ｚ方向に屈曲しようとする。これに対し、振動腕３３の先端側部分は、図６（Ｃ）の矢印Ａb1，Ｂb1で示すように、断面中心から質量の大きい−Ｘ・−Ｚ方向及び＋Ｘ・＋Ｚ方向に屈曲しようとする。振動腕３４の先端側部分は、図６（Ｃ）の矢印Ａb2，Ｂb2で示すように、断面中心から質量の大きい＋Ｘ・＋Ｚ方向及び−Ｘ・−Ｚ方向に屈曲しようとする。

このように、両振動腕３３，３４の基端側部分は、互いにＺ方向の逆向きに面外振動成分を有し、かつそれらの先端側部分は、互いにＺ方向の逆向きであって前記基端側部分とも逆向きに面外振動成分を有する。この結果、各振動腕３３，３４は、同様にそれぞれ全体として±Ｚ方向の振動成分が打ち消し合い、±Ｚ方向の変位が解消又は抑制される。従って、屈曲振動片４３は、Ｑ値を向上させかつＣＩ値を抑制することができ、その結果小型化、薄型化を促進することができる。

別の実施例では、図５及び図６の屈曲振動片３１，４３において、各振動腕３３，３４を上記第２乃至第４実施例と同様に構成し、又はそれらを組み合わせて適用することができる。また別の実施例では、３本以上の振動腕を有する音叉型の屈曲振動片についても、本発明を同様に適用することができる。

図７（Ａ）は、本発明による圧電振動片の第７実施例を概略的に示している。本実施例の屈曲振動片５１は、第５及び第６実施例と同様に、基部５２から平行に延長する１対の振動腕５３，５４を有する音叉型の屈曲振動片である。しかしながら、振動腕５３，５４が、図７（Ａ）に矢印Ａ〜Ｄで示すように、ウォーク振動とも呼ばれる逆相の屈曲振動モードで該振動腕の表裏面に対して垂直方向に振動する点において、第５及び第６実施例の音叉型屈曲振動片と異なる。圧電振動片５１も水晶で一体に形成されるが、上記各実施例と異なり、水晶結晶軸の電気軸Ｘ軸を前記振動片の厚さ方向に、機械軸Ｙ軸を前記振動腕の長手方向に、光学軸Ｚ軸を前記振動片の幅方向に配向している。別の実施例では、水晶以外の圧電材料やシリコン等の半導体材料で形成することもできる。

屈曲振動片５１は、振動腕５３，５４の幅方向に互いに対向する第１及び第２の主面を有する。一方の振動腕５３は、他方の振動腕５４と対向する側に第１の主面５５を、それとは反対側に第２の主面５６を有し、それぞれ前記基部との結合部から長手方向に延長する第１溝部及び第２溝部が形成されている。第１の主面５５の前記第１溝部は、振動腕５３の長手方向に沿って同じ幅、長さ及び深さを有する２つの第１溝部分５７ａ，５７ｂに分割され、これら第１溝部分は、振動腕５３の長手方向の中心線ｉ1に関してその両側に交互にずらして配置されている。第２の主面５６の前記第２溝部は、同じく振動腕５３の長手方向に沿って同じ幅、長さ及び深さを有する２つの第２溝部分５８ａ，５８ｂに分割され、これら第２溝部分は、振動腕５３の長手方向の中心線ｉ2に関してその両側に交互にずらして配置されている。

同様に他方の振動腕５４は、前記一方の振動腕とは反対側に第１の主面５９を、それと対向する側に第２の主面６０を有し、それぞれ前記基部との結合部から長手方向に延長する第１溝部及び第２溝部が形成されている。第１の主面５９の前記第１溝部は、振動腕５４の長手方向に沿って同じ幅、長さ及び深さを有する２つの第１溝部分６１ａ，６１ｂに分割され、これら第１溝部分は、振動腕５４の長手方向の中心線ｉ1に関してその両側に交互にずらして配置されている。第２の主面６０の前記第２溝部は、同じく振動腕５４の長手方向に沿って同じ幅、長さ及び深さを有する２つの第２溝部分６２ａ，６２ｂに分割され、これら第２溝部分は、振動腕５４の長手方向の中心線ｉ2に関してその両側に交互にずらして配置されている。

これにより、両振動腕５３，５４の基端側部分及び先端側部分は、図７（Ｂ）（Ｃ）に示すように、それぞれが互いに前記両振動腕間の中心Ｏに関して点対称のＳ字形の断面形状を有する。従って、屈曲振動片５１を上述したように逆相で屈曲振動させると、振動腕５３の基端側部分は、図７（Ｂ）の矢印Ａa，Ｃaで示すように、断面中心から質量の大きい−Ｘ・−Ｚ方向及び＋Ｘ・＋Ｚ方向に屈曲しようとする。振動腕５４の基端側部分は、図７（Ｂ）の矢印Ｂa，Ｄaで示すように、断面中心から質量の大きい＋Ｘ・＋Ｚ方向及び−Ｘ・−Ｚ方向に屈曲しようとする。これに対し、振動腕５３の先端側部分は、図７（Ｃ）の矢印Ａb，Ｃbで示すように、断面中心から質量の大きい−Ｘ・＋Ｚ方向及び＋Ｘ・−Ｚ方向に屈曲しようとする。振動腕５４の先端側部分は、図７（Ｃ）の矢印Ｂb，Ｄbで示すように、断面中心から質量の大きい＋Ｘ・−Ｚ方向及び−Ｘ・＋Ｚ方向に屈曲しようとする。

このように、両振動腕５３，５４の基端側部分と先端側部分とは、互いにＺ方向に逆向きの面外振動成分を有する。この結果、各振動腕５３，５４は、それぞれ全体として±Ｚ方向の振動成分が打ち消し合い、±Ｚ方向の変位が解消又は抑制される。従って、屈曲振動片５１は、Ｑ値を向上させかつＣＩ値を抑制することができ、その結果小型化、薄型化を促進することができる。

図８（Ａ）は、本発明による圧電振動片の第８実施例を概略的に示している。本実施例の屈曲振動片７１は、第７実施例の変形例であり、基部７２から平行に延長する３本の振動腕７３〜７５を有する。振動腕７３〜７５は、同図に矢印Ａ〜Ｆで示すように、交互に逆相の振動屈曲モードで振動片表面に対して垂直方向に振動し、各振動腕の幅方向に互いに対向する第１の主面７６，７８，８０と第２の主面７７，７９，８１とを有する。

第７実施例と同様に、各振動腕７３〜７５の前記第１及び第２の主面には、それぞれ前記基部との結合部から長手方向に延長する第１溝部及び第２溝部が形成されている。図中左端の振動腕７３の前記第１溝部及び第２溝部は、それぞれ長手方向に沿って同じ幅、長さ及び深さを有する２つの第１溝部分８２ａ，８２ｂ及び第２溝部分８３ａ，８３ｂに分割されている。第１溝部分８２ａ，８２ｂと第２溝部分８３ａ，８３ｂとは、それぞれが振動腕７３の長手方向の中心線ｉ1，ｉ2に関してその両側に交互にずらして配置され、かつ前記中心線線ｉ1，ｉ2に関して互いに反対側に配置されている。

同様に図中中央の振動腕７４の前記第１溝部及び第２溝部は、それぞれ長手方向に沿って同じ幅、長さ及び深さを有する２つの第１溝部分８４ａ，８４ｂ及び第２溝部分８５ａ，８５ｂに分割されている。第１溝部分８４ａ，８４ｂと第２溝部分８５ａ，８５ｂとは、それぞれが振動腕７４の長手方向の中心線ｉ1，ｉ2に関してその両側に交互にずらして配置され、かつ前記中心線に関して互いに反対側に配置されている。

更に図中右端の振動腕７５の前記第１溝部及び第２溝部は、それぞれ長手方向に沿って同じ幅、長さ及び深さを有する２つの第１溝部分８６ａ，８６ｂ及び第２溝部分８７ａ，８７ｂに分割されている。第１溝部分８６ａ，８６ｂと第２溝部分８７ａ，８７ｂとは、それぞれが振動腕７５の中心線ｉ1，ｉ2に関してその両側に交互にずらして配置され、かつ前記中心線に関して互いに反対側に配置されている。

これにより、各振動腕７３〜７５の基端側部分及び先端側部分は、図８（Ｂ）（Ｃ）に示すように、それぞれが互いに隣接する前記振動腕間の中心Ｏ1、Ｏ2に関して点対称のＳ字形の断面形状を有する。従って、屈曲振動片７１を上述したように逆相で屈曲振動させると、各振動腕７３〜７５の基端側部分は、断面中心から質量の大きい−Ｘ・−Ｚ方向及び＋Ｘ・＋Ｚ方向に屈曲しようとする。前記各振動腕の先端側部分は、断面中心から質量の大きい−Ｘ・＋Ｚ方向及び＋Ｘ・−Ｚ方向に屈曲しようとする。

このように、各振動腕７３〜７５の基端側部分と先端側部分とは、互いにＺ方向に逆向きの面外振動成分を有する。この結果、各振動腕７３〜７５は、それぞれ全体として±Ｚ方向の振動成分が打ち消し合い、±Ｚ方向の変位が解消又は抑制される。従って、屈曲振動片７１は、Ｑ値を向上させかつＣＩ値を抑制することができ、その結果小型化、薄型化を促進することができる。

別の実施例では、図７及び図８の屈曲振動片５１，７１において、各振動腕を上記第２乃至第４実施例と同様に構成することができる。また、別の実施例では、各振動腕間において、図５の音叉型屈曲振動片のように、基端側の第１及び第２溝部分と先端側の第１及び第２溝部分とを振動腕の中心線に関して逆の位置に配置することができる。

本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、第１及び第２溝部分の深さは、振動腕全体として±Ｚ方向の変位を解消又は抑制できる限り、振動腕の長手方向に沿って各溝部分毎に変更することができる。

１，７…音叉型圧電振動片、２，１２，３２，５２，７２…基部、３，４，１３，３３，３４，５３，５４，７３〜７５…振動腕、５ａ，６ａ，８ａ，９ａ…第１溝部、５ｂ，６ｂ，８ｂ，９ｂ…第２溝部、１１，１８，２１，２４，３１，４３，５１，７１…屈曲振動片、１４，１５，３５，３６，３９，４０，５５，５６，５９，６０，７６〜８１…主面、１６ａ，１６ｂ，１９ａ，１９ｂ，２２ａ，２２ｂ，２５ａ〜２５ｃ，３７ａ，３７ｂ，４１ａ，４１ｂ，４４ａ，４４ｂ，４６ａ，４６ｂ，５７ａ，５７ｂ，６１ａ，６１ｂ，８２ａ，８２ｂ，８４ａ，８４ｂ，８６ａ，８６ｂ…第１溝部分、１７ａ，１７ｂ，２０ａ，２０ｂ，２３ａ，２３ｂ，２６ａ〜２６ｃ，３８ａ，３８ｂ，４２ａ，４２ｂ，４５ａ，４５ｂ，４７ａ，４７ｂ，５８ａ，５８ｂ，６２ａ，６２ｂ，８３ａ，８３ｂ，８５ａ，８５ｂ，８７ａ，８７ｂ…第２溝部分。

Claims

基部と、
表裏の関係にある第１及び第２の主面を有しており、かつ前記基部から延在している振動腕と、を備え、
前記第１の主面が、前記振動腕の長手方向の中心線を境にして両側に前記長手方向に沿って交互にずらして配置されている複数の第１溝部分を有し、
前記第２の主面が、前記振動腕の長手方向の中心線を境にして両側に前記長手方向に沿って交互にずらして配置されている複数の第２溝部分を有し、
前記第１溝部分、前記第２溝部分、及び前記振動腕の両側面に励振電極を備えていることを特徴とする屈曲振動片。
前記複数の第１溝部分及び第２溝部分のうち前記基部側に位置している第１及び第２溝部分の幅が、前記基部側に位置している第１及び第２溝部分よりも前記基部から遠い側に位置している第１及び第２溝部分の幅より大きい構成を含むことを特徴とする請求項１に記載の屈曲振動片。
前記複数の第１溝部分及び第２溝部分のうち前記基部側に位置している第１及び第２溝部分の長さが、前記基部側に位置している第１及び第２溝部分よりも前記基部から遠い側に位置している第１及び第２溝部分の長さより短い構成を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の屈曲振動片。
複数の前記振動腕が前記基部から平行に延長し、かつ互いに接近又は離反する向きに屈曲振動することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の屈曲振動片。
２本の前記振動腕を有する音叉型振動片であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の屈曲振動片。
複数の前記振動腕が前記基部から平行に延長し、かつ互いに逆相の屈曲モードで振動することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の屈曲振動片。