屈曲振動片及び電子部品
【課題】複数の振動腕の間に連結部から１本の中央支持腕を延長させた屈曲振動モードの屈曲振動片において、振動腕の振動損失を抑制して性能向上を図る。
【解決手段】圧電振動片１１は、２本の振動腕１３，１４を結合する連結部１２から振動腕の間を延出する１本の中央支持腕１５からなる振動片本体が、その外側に配置した矩形枠体１８の１側辺部１９に中央支持腕の先端部１５ａを結合させて支持される。この側辺部は、その幅方向内側と外側とで振動腕の屈曲振動による圧縮及び引張応力が発生する範囲に有底溝２３，２４又は貫通溝２５を形成し、熱弾性損失によるＱ値の低下を抑制することができる。振動片本体は、枠体４８の対向する側辺部の間を延長する支持部４９に中央支持腕４５の先端部を結合させて支持することができ、該支持部に同様の有底溝又は貫通溝を形成することができる。
【解決手段】圧電振動片１１は、２本の振動腕１３，１４を結合する連結部１２から振動腕の間を延出する１本の中央支持腕１５からなる振動片本体が、その外側に配置した矩形枠体１８の１側辺部１９に中央支持腕の先端部１５ａを結合させて支持される。この側辺部は、その幅方向内側と外側とで振動腕の屈曲振動による圧縮及び引張応力が発生する範囲に有底溝２３，２４又は貫通溝２５を形成し、熱弾性損失によるＱ値の低下を抑制することができる。振動片本体は、枠体４８の対向する側辺部の間を延長する支持部４９に中央支持腕４５の先端部を結合させて支持することができ、該支持部に同様の有底溝又は貫通溝を形成することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屈曲振動モードで振動する屈曲振動片に関し、更に屈曲振動片を用いた振動子や共振子、発振器ジャイロ、各種センサ等の様々な電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、屈曲振動モードの圧電振動片として、基部から１対の振動腕を平行に延出させかつ水平方向に互いに接近又は離反する向きに振動させる音叉型のものが、広く使用されている。この振動腕を屈曲励振させたとき、その振動エネルギに損失が生じると、ＣＩ値の増加やＱ値の低下など、振動子の性能を低下させる原因となる。そこで、かかる振動エネルギの損失を防止又は低減するために、従来から様々な工夫がなされている。
【０００３】
例えば、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１，２を参照）。この水晶振動片は、振動腕の振動が垂直方向の成分をも含む場合に、振動が基部から漏れるのを切込み部又は切込み溝により緩和することによって、振動エネルギの閉込効果を高めてＣＩ値を抑制し、かつ振動片間でのＣＩ値のばらつきを防止している。
【０００４】
かかる機械的損失だけでなく、振動エネルギの損失は、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、熱弾性効果と呼ばれている。熱弾性効果による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た音叉型の振動子が知られている（例えば、特許文献３を参照）。
【０００５】
特許文献３によれば、一般に温度差を原因として生じる固体の内部摩擦の場合によく知られた歪みと応力との関係式から、熱弾性損失は、屈曲振動モードの振動子において、振動数が変化したときに、緩和振動数ｆm＝１／２πτ（ここで、πは円周率、τは緩和時間）でＱ値が極小となる、と説明されている。このＱ値と周波数との関係を一般的に表すと、図５の曲線Ｆのようになる（例えば、非特許文献１を参照）。同図において、Ｑ値が極小Ｑ０となる周波数が緩和周波数ｆ０（＝１／２πτ）である。
【０００６】
また、２本の振動腕を有する音叉型の発振片とその外側を囲む矩形の保持枠とを、該発振片の基部に設けた結合部により一体に構成した水晶振動子が知られている（例えば、特許文献４を参照）。このような構造の水晶振動子は、保持枠を上下から平板状のカバーで挟み込むことにより封止される。更に、振動子と矩形の支持枠とを、該振動子の基部の側面に設けた弾性部材で接続することにより、振動腕の振動エネルギが基部から外部に漏れるのを抑制した音叉型圧電振動子が提案されている（例えば、特許文献５を参照）。
【０００７】
他方、音叉型以外の屈曲振動子として、２本の平行な振動腕を連結部により互いに結合し、かつ該連結部から中央アームを両振動アームの間に延長させた共振器が考案されている（例えば、特許文献６を参照）。この共振器は、水晶で形成した単一部品の振動片からなり、振動アームの前面又は裏面の少なくとも一方に少なくとも１つの溝を形成することにより、励起電界をより均一にかつ局所的に強くしてエネルギ消費を少なくしかつＣＩ値を抑制する。更に、機械的応力が最大となる連結部まで振動アームの溝を延長させて、この領域での電界を取り出すことにより、振動アームの振動結合効果を増加させている。
【０００８】
屈曲振動振動モードで振動する振動片には、上述した圧電駆動型のもの以外に、静電気力を用いた静電駆動型や、磁気を用いた磁気駆動型のものがある。静電駆動型のものとして、シリコン材料の基板に方形枠部からなる第１の振動体を、第１の支持梁によりＸ軸方向に振動可能に支持し、第１の振動体の枠部内に方形平板状の第２の振動体を、第２の支持梁によりＹ軸方向に振動可能に支持し、基板側の縁部に設けた固定側導電部と第１の振動体側の縁部に設けた可動側導電部との間で発生する静電力によって、第１の支持梁を屈曲させて第１の振動体をＸ軸方向に振動させる角速度センサが知られている（例えば、特許文献７を参照）。別の静電駆動型として、固定フレームの内側に駆動梁で支持される振動フレームの内側に複合梁で取り付けられた錘部を有するシリコンウェハのセンサ本体と、それに対向するガラス基板とからなり、センサ本体側とガラス基板側との平行平板電極間で働く静電気力によって、センサ本体及び錘部を振動させる角速度センサが知られている（例えば、特許文献８を参照）。
【０００９】
また、磁気駆動型のものとして、恒弾性材料の振動体を一端の支持部で外部固定台に固定支持し、その連結部から分岐したバネ部をその自由端に固着した磁石と基台に固着した電磁コイルとにより駆動して振動させる振動体構造が知られている（例えば、特許文献９を参照）。別の磁気駆動型として、シリコン基板から形成されかつ片持ち梁状に支持される薄膜振動板上に薄膜磁石を配置し、薄膜振動板の外側に設けた導体又は電磁コイルに交流電流を通電して発生する電磁力の作用によって、薄膜振動板を厚み方向に振動させるようにした角速度センサが知られている（例えば、特許文献１０を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−２６１５７５号公報
【特許文献２】特開２００４−２６０７１８号公報
【特許文献３】実願昭６３−１１０１５１号明細書
【特許文献４】特開昭５３−２３５８８号公報
【特許文献５】特開昭５６−９４８１３号公報
【特許文献６】特開２００６−３４５５１９号公報
【特許文献７】特開平５−３１２５７６号公報
【特許文献８】特開２００１−１８３１４０号公報
【特許文献９】特公昭４３−１１９４号公報
【特許文献１０】特開平１０−１９５７７号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】C. Zener，外２名，「Internal Friction in Solids III. Experimental Demonstration of Thermoelastic Internal Friction」，PHYSICAL REVIEW，1938年１月１日，Volume 53，p.100-101
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本願発明者は、特許文献６に記載されるように２本の振動腕の間に連結部から１本の中央支持腕を延長させた構造の圧電振動片について、振動腕の振動エネルギの損失を抑制するための手段を検討した。特に、少なくとも本願発明者が知る限り、従来技術において、上述した熱弾性効果が屈曲振動モードの圧電振動片に与える影響を検討した例は、特許文献３以外にほとんど見当たらない。
【００１３】
図１１（Ａ）は、かかる１本の中央支持腕を有する従来構造の圧電振動片の典型的な一例を示している。この圧電振動片１は、連結部２から延出する２本の平行な振動腕３，４を備える。両振動腕３，４の間には、１本の中央支持腕５が連結部２から前記振動腕と等間隔をもって平行に延長している。前記各振動腕の表裏各主面には、それぞれ１本の直線状の溝６，７が形成されている。圧電振動片１は、前記中央支持腕の前記連結部とは反対側の先端部５ａで、図示しないパッケージ等のマウント部８に固定保持される。この状態で、図示しない励振電極に所定の電圧を印加すると、振動腕３，４は、図中矢印で示すように互いに接近又は離反する向きに屈曲振動する。
【００１４】
この屈曲振動によって、中央支持腕５には、その長手方向に圧縮・引張の機械的歪みが発生した。この歪みは、中央支持腕５に発生する温度の上昇及び下降として観察された。図１１（Ｂ）に示すように、振動腕３，４が互いに離反する向きに屈曲すると、連結部２は全体として中央支持腕５の先端部５ａ側に湾曲するから、前記中央支持腕には、これを前記先端部側に圧縮する応力が作用する。逆に、前記振動腕が互いに接近する向きに屈曲すると、図１１（Ｃ）に示すように、連結部２は中央支持腕５の先端部５ａとは反対側に湾曲するから、前記中央支持腕には、これを前記先端部とは反対側に引張る応力が作用する。
【００１５】
その結果、振動腕３，４の屈曲振動の一部が中央支持腕５からマウント部８に逃げる機械的な振動漏れが発生し、ＣＩ値の増加やＱ値の低下を生じ、振動子の性能を低下させる虞がある。また、中央支持腕５に作用する圧縮・引張応力が圧電振動片１内部に温度勾配を発生させ、その結果熱弾性損失による振動エネルギの損失を生じる虞がある。
【００１６】
そこで本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の振動腕の間に連結部から１本の中央支持腕を延長させた屈曲振動モードの屈曲振動片において、振動腕の振動エネルギの機械的損失及び／又は熱弾性損失を抑制して、その性能の向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によれば、上記目的を達成するために、複数本の平行な振動腕、該振動腕を結合する連結部、及び該連結部から振動腕の間にそれらと等間隔をもって平行に延出する１本の中央支持腕からなる振動片本体と、該振動片本体の外側に配置された枠体とを備え、振動片本体が、中央支持腕の連結部とは反対側の端部で枠体により支持されている屈曲振動片が提供される。
【００１８】
振動腕の屈曲振動は、振動片本体の連結部を屈曲振動させ、それが中央支持腕に長手方向に沿って圧縮又は引張応力を作用させ、枠体の中央支持腕との結合部分を屈曲変形させるが、枠体の他の部分にはほとんど作用しない。従って、本発明の屈曲振動片は、枠体の中央支持腕との結合部分以外の部分でパッケージ等に固定支持することにより、振動腕の外部への振動漏れを抑制することができ、その性能向上を図ることができる。
【００１９】
本発明の屈曲振動片には、振動子や共振子、ジャイロ、各種センサ等の圧電デバイス、その他の電子部品に使用される圧電駆動型の圧電振動片が含まれる。更に本発明の屈曲振動片には、従来技術に関連して上述した静電駆動型及び磁気駆動型のものが含まれる。
【００２０】
或る実施例では、振動片本体を支持するために、中央支持腕の連結部とは反対側の端部が枠体の１側辺部に直接結合されている。この側辺部は、振動腕の屈曲振動により圧縮又は引張応力を受けて屈曲変形するが、その影響は他の側辺部にほとんど及ばないので、該他の側辺部で圧電振動片をパッケージ等に固定支持することにより、振動腕の外部への振動漏れを抑制することができる。
【００２１】
別の実施例では、枠体の中央支持腕を結合した側辺部がその表裏主面の少なくとも一方に形成された溝を有し、該溝が、枠体の側辺部に沿ってその幅方向内側と外側とで振動腕の屈曲振動による圧縮応力と引張応力とが交互に発生する範囲に配置されると好都合である。この側辺部の内部には、その幅方向内側と外側とで圧縮による温度上昇と伸張による温度下降とが交互に発生して温度差を生じるが、それらの間における熱伝達を側辺部の溝で制限することができる。従って、熱弾性損失によるＱ値の低下が抑制され、屈曲振動片の性能向上を図ることができる。
【００２２】
更に別の実施例によれば、溝が、側辺部に沿ってその両端と中央支持腕を接続する部分との間の範囲に形成されることにより、該側辺部の強度及び剛性を損なうことなく、有効に熱弾性損失を減少させてＱ値の改善を図ることができる。
【００２３】
或る実施例では、前記側辺部の溝が有底の溝であることにより、該側辺部の幅方向内側と外側との間における熱伝達経路が途中で狭められ、見かけ上従来よりも長くなる。その結果、側辺部の幅方向内側と外側との間で温度が平衡状態となるまでの緩和時間τが長くなるので、Ｑ値の極小値を生じる緩和振動数（ｆ＝１／２πτ）は、側辺部に溝が無い場合の緩和振動数よりも低くなり、その場合の緩和振動数よりも高い周波数範囲では、Ｑ値が高くなる。
【００２４】
別の実施例では、前記側辺部の溝が貫通溝であることにより、該側辺部の幅方向内側と外側との間における熱伝達経路は途中で遮断され、従来よりも短くなる。その結果、側辺部の幅方向内側と外側との間で温度が平衡状態となるまでの緩和時間τが短くなるので、Ｑ値の極小値を生じる緩和振動数（ｆ＝１／２πτ）は、側辺部に溝が無い場合の緩和振動数よりも高くなり、その場合の緩和振動数よりも低い周波数範囲では、Ｑ値が高くなる。
【００２５】
また、或る実施例によれば、枠体が、該枠体の内側にその対向する１対の側辺部の間を延長する支持部を有し、振動片本体を支持するために、中央支持腕の連結部とは反対側の端部が支持部に結合されている。この支持部は、振動腕の屈曲振動により圧縮又は引張応力を受けて屈曲変形するが、その影響は枠体の側辺部にほとんど及ばないので、該側辺部で圧電振動片をパッケージ等に固定支持することにより、振動腕の外部への振動漏れを抑制することができる。
【００２６】
別の実施例では、枠体の支持部がその表裏主面の少なくとも一方に形成した溝を有し、該溝が、支持部に沿ってその振動片本体側とその反対側とで振動腕の屈曲振動による圧縮応力と引張応力とが交互に発生する範囲に配置されると好都合である。支持部の内部には、その幅方向に振動片本体側とその反対側とで圧縮による温度上昇と伸張による温度下降とが交互に発生して温度差を生じるが、それらの間における熱伝達を支持部の溝で制限することができる。従って、熱弾性損失によるＱ値の低下が抑制され、屈曲振動片の性能向上を図ることができる。
【００２７】
更に別の実施例では、前記支持部の溝が、該支持部に沿ってその両端と中央支持腕を接続する部分との間の範囲に形成されることにより、支持部の強度及び剛性を損なうことなく、有効に熱弾性損失を減少させてＱ値の改善を図ることができる。
【００２８】
或る実施例によれば、前記支持部の溝が有底の溝であることにより、同様に該支持部の振動片本体側とその反対側との間における熱伝達経路が途中で狭められ、見かけ上従来よりも長くなる。その結果、支持部の振動腕側とその反対側との間で温度が平衡状態となるまでの緩和時間τが長くなり、Ｑ値の極小値を生じる緩和振動数（ｆ＝１／２πτ）は、支持部に溝が無い場合の緩和振動数よりも低くなるから、その場合の緩和振動数よりも高い周波数範囲では、Ｑ値が高くなる。
【００２９】
別の実施例によれば、前記支持部の溝が貫通溝であることにより、該支持部の振動片本体側とその反対側との間における熱伝達経路は途中で遮断され、従来よりも短くなる。その結果、支持部の振動片本体側とその反対側との間で温度が平衡状態となるまでの緩和時間τが短くなり、Ｑ値の極小値を生じる緩和振動数（ｆ＝１／２πτ）は、支持部に溝が無い場合の緩和振動数よりも高くなるから、その場合の緩和振動数よりも低い周波数範囲では、Ｑ値が高くなる。
【００３０】
本発明の別の側面によれば、上述した本発明の屈曲振動片と、ベースと、リッドとを備え、該屈曲振動片をベース上に配置し、かつ枠体の中央支持腕を結合した側辺部とは異なる側辺部でベースに固定し、リッドをベースに接合してその内部に屈曲振動片を気密に封止した、従来よりも高いＱ値及び高性能を有する圧電デバイス等の電子部品が提供される。
【００３１】
本発明の更に別の側面によれば、上述した枠体に支持部を有する本発明の屈曲振動片と、ベースと、リッドとを備え、該屈曲振動片の枠体の下面にベースを接合しかつ枠体の上面にリッドを接合して、その内部に屈曲振動片を気密に封止した、従来よりも高いＱ値及び高性能を有する圧電デバイス等の電子部品が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（Ａ）図は本発明による圧電振動片の第１実施例を示す平面図、（Ｂ）図及び（Ｃ）図は振動腕の屈曲振動による変形をそれぞれ示す模式図。
【図２】（Ａ）図は第１実施例の変形例の圧電振動片を示す平面図、（Ｂ）図は枠体の側辺部を示す部分拡大平面図、（Ｃ）図はそのII−II線における断面図。
【図３】（Ａ）図は、第１実施例の別の変形例の圧電振動片について、枠体の側辺部を示す部分拡大平面図、（Ｂ）図はそのIII−III線における断面図。
【図４】第１実施例の圧電振動片を備える圧電デバイスの縦断面図。
【図５】（Ａ）図は本発明による圧電振動片の第２実施例を示す平面図、（Ｂ）図及び（Ｃ）図は振動腕の屈曲振動による変形をそれぞれ示す模式図。
【図６】（Ａ）図は第２実施例の変形例の圧電振動片を示す平面図、（Ｂ）図は枠体の支持部を示す部分拡大平面図、（Ｃ）図及び（Ｄ）図はそのVIｃ−VIｃ線及びVIｄ−VIｄ線における断面図。
【図７】（Ａ）図は、第２実施例の別の変形例の圧電振動片について、枠体の支持部を示す部分拡大平面図、（Ｂ）図及び（Ｃ）図はそのVIIｂ−VIIｂ線及びVIIｃ−VIIｃ線における断面図。
【図８】第２実施例の圧電振動片を備える圧電デバイスの縦断面図。
【図９】第２実施例の圧電振動片を備える別の圧電デバイスの縦断面図。
【図１０】屈曲振動モードの圧電振動片における緩和周波数とＱ値の極小値との関係を示す線図。
【図１１】（Ａ）図は従来の圧電振動片の構成を示す平面図、（Ｂ）図及び（Ｃ）図は振動腕の屈曲振動による変形をそれぞれ示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
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、同様の構成要素には同様の参照符号を付して示す。
【００３４】
図１（Ａ）は、本発明を適用した圧電振動片の第１実施例の構成を概略的に示している。本実施例の圧電振動片１１は、連結部１２と、該連結部から延出する２本の平行な振動腕１３，１４と、１本の中央支持腕１５とからなる振動片本体を備える。中央支持腕１５は、連結部１２から前記両振動腕の間を該振動腕と等間隔をもって平行に延長する。各振動腕１３，１４の表裏各主面には、ＣＩ値を抑制するために、それぞれ長手方向に沿って１本の直線状の長溝１６，１７が形成されている。
【００３５】
更に圧電振動片１１は、前記振動片本体の外側に配置された矩形の枠体１８を備える。中央支持腕１５は、その先端部１５ａ即ち連結部１２とは反対側の端部において、枠体１８の一方の側辺部１９に一体に結合する。これにより、前記振動片本体は、枠体１８に片持ちに支持される。また、枠体１８は、その隅部を丸み付けしたり、面取り加工を施したものであってもよい。
【００３６】
本実施例の圧電振動片１１は、従来の音叉型水晶振動片と同様に、所謂Ｚカットの水晶薄板から、水晶結晶軸のＹ軸を前記振動腕の長手方向に、Ｘ軸をその幅方向に、Ｚ軸を前記振動片の表裏主面の垂直方向にそれぞれ配向して形成される。別の実施例では、圧電振動片１１を水晶以外の圧電材料で形成することができる。
【００３７】
図示しないが、溝１６，１７の内面を含む各振動腕１３，１４の表面には、励振電極が形成されている。上述したように圧電振動片１１を中央支持腕１５で枠体１８により片持ちに支持した状態で、前記励振電極に所定の電圧を印加すると、振動腕１３，１４は水平方向に、図中矢印で示すように互いに接近又は離反する向きに屈曲振動する。
【００３８】
この屈曲振動によって、枠体１８の側辺部１９は水平方向に屈曲変形する。図１（Ｂ）に示すように、振動腕１３，１４が互いに離反する向きに屈曲すると、連結部１２が、全体として中央支持腕１５の先端部１５ａ側に湾曲する。従って、前記中央支持腕には、これを前記先端部側に圧縮する応力が作用し、側辺部１９を枠体１８の外側に向けて屈曲させる。これにより、側辺部１９に沿ってその幅方向内側には、特に中央支持腕１５を接続する部分１５´に近い範囲の部分２０，２１に圧縮応力が作用する。側辺部１９に沿ってその幅方向外側には、部分１５´を中心に該側辺部の両端に向けて比較的広い範囲の部分２２に、引張応力が作用する。
【００３９】
逆に、前記振動腕が互いに接近する向きに屈曲すると、図１（Ｃ）に示すように、連結部１２が、全体として中央支持腕１５の先端部１５ａとは反対側に湾曲する。前記中央支持腕には、これを前記先端部側から引張る応力が作用し、側辺部１９を枠体１８の内側に向けて屈曲させる。これにより、側辺部１９に沿ってその幅方向内側には、特に中央支持腕１５を接続する部分１５´に近い範囲の部分２０，２１に引張応力が作用する。側辺部１９に沿ってその幅方向外側には、部分１５´を中心に該側辺部の両端に向けて比較的広い範囲の部分２２に圧縮応力が作用する。
【００４０】
これに対し、枠体１８の側辺部１９とそれに隣接する側辺部との接続部分及びその近傍には、振動腕１３，１４の屈曲振動による圧縮応力及び引張応力がほとんど発生しないことが分かった。従って、圧電振動片１１は、枠体１８を側辺部１９以外の側辺部でパッケージ等に固定支持することにより、前記振動腕の振動漏れを防止又は抑制し、その性能向上を図ることができる。
【００４１】
図２は、第１実施例の変形例を示している。この変形例の圧電振動片１１は、枠体１８の側辺部１９に沿って溝２３，２４が形成されている点において、第１実施例と異なる。溝２３，２４は、第１実施例に関連して上述したように、振動腕１３，１４の屈曲振動による圧縮応力及び引張応力が交互に発生する側辺部１９の幅方向内側の部分２０，２１と外側部分２２との間に、該側辺部の各辺縁から等距離に配置される。
【００４２】
図２（Ｃ）は、前記振動腕が互いに離反する向きに屈曲して、側辺部１９の幅方向内側の部分２０（２１）が圧縮側となりかつ外側部分２２が伸張側となる場合を示している。同図に示すように、溝２３，２４は、前記側辺部の表裏各主面から同じ深さを有する有底の溝である。図中、＋の符号は温度上昇を、−の符号は温度下降を示す。溝２３（２４）を挟んで、圧縮側の部分２０（２１）は温度が上昇し、伸張側の部分２２は温度が下降する。この温度勾配によって、圧縮側（＋）の部分２０（２１）から溝２３（２４）の部分を通って伸張側（−）の部分２２へと、熱伝達が起こる。
【００４３】
逆に、前記振動腕が互いに接近する向きに屈曲すると、側辺部１９の幅方向内側の部分２０、２１が伸張側となり、かつ外側の部分２２が圧縮側となる。圧縮側の部分２２では温度が上昇し、伸張側の部分２０、２１では温度が下降する。この温度勾配によって、圧縮側の部分２２から溝２３，２４の部分を通って伸張側の部分２２へと、逆向きに熱伝達が起こる。このように、側辺部１９に沿って幅方向内側の部分２０、２１と外側の部分２２との間では、前記振動腕が互いに接近又は離反する向きによって温度勾配が生じ、その温度傾斜に沿って熱伝達が起こる。
【００４４】
側辺部１９の幅方向内側の部分２０、２１と外側の部分２２間の熱伝達経路は、その途中が溝２３，２４によって狭められている。その結果、部分２０、２１と部分２２間で温度が平衡状態になるまでの緩和時間τ１は、側辺部１９に前記溝を有しない第１実施例の場合の緩和時間τ０よりも長くなる。これは、図２（Ｃ）に想像線１９’で示すように、側辺部１９の幅Ｔをみかけ上Ｔ１まで長くした場合と等価と考えられる。従って、本実施例の圧電振動片１１は、緩和振動数ｆ１０が、ｆ１０＝１／２πτ１となり、τ１＜τ０であるから、第１実施例の場合の緩和振動数ｆ０＝１／２πτ０よりも低くなる。
【００４５】
これを、図１０の周波数とＱ値との関係で見ると、曲線Ｆ自体の形は変わらないから、緩和振動数の低下に伴って、曲線Ｆが曲線Ｆ１の位置まで周波数の低下方向にシフトしたことになる。従って、所望の使用周波数が振動数ｆ０よりも高い範囲では、Ｑ値は常に、第１実施例における極小値Ｑ０よりも高くなる。このように本実施例の圧電振動片１１は、側辺部１９に有底溝２３，２４を設けることによって、振動エネルギの機械的損失の抑制に加えて、熱弾性損失を抑制し、Ｑ値をより改善して高性能化を実現することができる。また、これらの有底溝は、側辺部１９の表裏主面のいずれか一方にのみ設けた場合も、同様の作用効果を得ることができる。
【００４６】
尚、一般に緩和振動数ｆmは、次式で求められることが知られている。
【００４７】
ｆm＝πｋ／（２ρＣｐａ２） …（１）
ここで、πは円周率、ｋは振動腕の振動方向の熱伝導率、ρは振動腕の質量密度、Ｃｐは振動腕の熱容量、ａは振動腕の振動方向の幅である。上記式（１）中の熱伝導率ｋ、質量密度ρ、熱容量Ｃｐに、振動腕の材料自体の定数を入力して求められる緩和振動数ｆmは、振動腕の表裏主面に、例えば図２の長溝１６，１７のような溝を有しない場合の緩和振動数である。
【００４８】
図３（Ａ）（Ｂ）は、第１実施例の別の変形例を示している。この変形例は、側辺部１９に、有底溝に代えて、その表裏を貫通する溝２５が形成されている点において、図２の実施例とは異なる。この貫通溝２５により、側辺部１９は、その幅方向内側の部分２０（２１）と外側の部分２２とが分離されている。
【００４９】
図２の実施例と同様に、前記振動腕を水平方向に互いに接近又は離反する向きに屈曲振動させると、側辺部１９は水平方向に屈曲変形する。前記側辺部の内部には、その屈曲の向きに応じて、圧縮応力と引張応力とが発生する。側辺部１９の圧縮応力が作用する圧縮部分は温度が上昇し、引張応力が作用する伸張部分は温度が下降する。
【００５０】
図３（Ｂ）は、前記振動腕が互いに離反する向きに屈曲して、側辺部１９の幅方向内側が圧縮され、かつ外側が伸張する場合を示している。図中、温度上昇の程度を＋符号の数で、温度下降の程度を−符号の数で示す。側辺部１９を全体として見ると、圧縮側の部分２０（２１）は温度が上昇し、伸張側の部分２２は温度が下降する。本実施例では、貫通溝２５を設けたことによって、側辺部１９の幅方向内側の部分２０（２１）と外側の部分２２との間で熱伝達は起こらない。
【００５１】
局所的に見ると、側辺部１９の幅方向に溝２５を挟んで振動片本体側の部分では、その幅方向内側と溝２５側とで作用する圧縮応力の大きさに差が生じる。その結果、この振動片本体側の部分は、圧縮応力がより大きい内側即ち振動片本体側で、温度がより高く上昇し、それよりも圧縮応力が低い溝２５側で、温度上昇が小さい。従って、この部分の内部では、その相対的な温度上昇の差によって、内側（＋＋）から溝２５側（＋）に向けて温度勾配が生じ、その温度傾斜に沿って熱伝達が起こる。
【００５２】
同様に、側辺部１９の幅方向に溝２５を挟んで振動片本体とは反対側の部分でも、その幅方向外側と溝２５側とで作用する引張応力の大きさに差が生じる。その結果、この振動片本体とは反対側の部分は、引張応力がより大きい外側即ち振動片本体とは反対側で、温度がより低く下降し、それよりも引張応力が低い溝２５側で、温度下降が小さい。従って、この部分の内部では、その相対的な温度上昇の差によって、溝２５側（−）から外側（−−）に向けて温度勾配が生じ、その温度傾斜に沿って熱伝達が起こる。
【００５３】
逆に、前記振動腕が互いに接近する向きに屈曲する場合には、側辺部１９の幅方向内側が伸張し、かつ外側が圧縮される。従って、側辺部１９を全体として見ると、圧縮側の部分２２で温度が上昇し、伸張側の部分２０、２１で温度が下降する。側辺部１９の幅方向に溝２５を挟んでその両側の各部分を局所的に見ると、それぞれ外側から溝２５側に向けて及び溝２５側から内側に向けて温度勾配が生じ、その温度傾斜に沿って熱伝達が起こる。
【００５４】
本実施例では、貫通溝２５によって、側辺部１９の幅方向にその両側の各部分内部の熱伝達経路が第１実施例の場合よりも大幅に短い。その結果、これら各部分において温度が平衡状態になるまでの緩和時間τ２は、前記貫通溝を有しない第１実施例の緩和時間τ０よりも短くなる。これは、側辺部１９の幅Ｔをみかけ上、貫通溝２５によって分離された各部分の幅Ｔ２まで短くした場合と等価と考えることができる。従って、本実施例の圧電振動片は、緩和振動数ｆ２０が、ｆ２０＝１／２πτ２となり、τ２＜τ０であるから、第１実施例の緩和振動数ｆ０＝１／２πτ０よりも大きくなる。
【００５５】
これを、図１０の周波数とＱ値との関係で見ると、曲線Ｆ自体の形は変わらないから、緩和振動数の増大に伴って、曲線Ｆが曲線Ｆ２の位置まで周波数の増加方向にシフトしたことになる。従って、所望の使用周波数が振動数ｆ０よりも低い範囲では、Ｑ値は常に、第１実施例の極小値Ｑ０よりも高くなる。このように本実施例においても、側辺部１９に貫通溝２５を設けることによって、図２の変形例と同様に、振動エネルギの機械的損失の抑制に加えて、熱弾性損失を抑制し、Ｑ値をより改善して高性能化を実現することができる。
【００５６】
図４は、第１実施例又はその上記各変形例の圧電振動片１１を備えた圧電デバイスの実施例を示している。この圧電デバイス３１は、絶縁材料の薄板を積層した矩形箱型のベース３２と、平板状のリッド３３とを備える。圧電振動片１１は、ベース３２の空所３４内に、枠体１８の側辺部１９に隣接する両側辺部を導電性接着剤等でマウント３５，３６に固定して実装する。ベース３２の上端にリッド３３を接合することにより、圧電振動片１１は圧電デバイス３１の内部に気密に封止される。また、ベース３２及びリッド３３は、本実施例とは異なる形態にすることができる。例えば、ベース３２を平板状にかつリッド３３を箱型に形成し、又は前記ベース及びリッド双方共に箱型に形成して、その内部に圧電振動片１１を実装するための空所を画定することができる。
【００５７】
図５（Ａ）は、本発明を適用した圧電振動片の第２実施例の構成を概略的に示している。第１実施例と同様に、本実施例の圧電振動片４１は、連結部４２と、該連結部から延出する２本の平行な振動腕４３，４４と、１本の中央支持腕４５とからなる振動片本体を備える。中央支持腕４５は、連結部４２から前記両振動腕の間を該振動腕と等間隔をもって平行に延長する。各振動腕４３，４４の表裏各主面には、ＣＩ値を抑制するために、それぞれ長手方向に沿って１本の直線状の長溝４６，４７が形成されている。
【００５８】
更に圧電振動片４１は、前記振動片本体の外側に配置された矩形の枠体４８を備える。本実施例の枠体４８は、その内側に対向する図中左右１対の側辺部の間を延長する直線状のバーからなる支持部４９を有する。支持部４９は、枠体４８の一方（図中上側）の側辺部に近接して該側辺部と平行に配置されている。中央支持腕４５は、その先端部４５ａ即ち連結部４２とは反対側の端部において、支持部４９に一体に結合する。これにより、前記振動片本体は枠体４８に片持ちに支持されている。
【００５９】
本実施例の圧電振動片４１も、従来の音叉型水晶振動片と同様に、所謂Ｚカットの水晶薄板から、水晶結晶軸のＹ軸を前記振動腕の長手方向に、Ｘ軸をその幅方向に、Ｚ軸を前記振動片の表裏主面の垂直方向にそれぞれ配向して形成される。別の実施例では、圧電振動片４１を水晶以外の圧電材料で形成することができる。
【００６０】
図示しないが、溝４６，４７の内面を含む各振動腕４３，４４の表面には、励振電極が形成されている。上述したように圧電振動片４１を中央支持腕４５で枠体４８の支持部４９により片持ちに支持した状態で、前記励振電極に所定の電圧を印加すると、前記両振動腕は水平方向に、図中矢印で示すように互いに接近又は離反する向きに屈曲振動する。
【００６１】
この屈曲振動によって、枠体４８の支持部４９は水平方向に屈曲変形する。図５（Ｂ）に示すように、振動腕４３，４４が互いに離反する向きに屈曲すると、連結部４２が全体として中央支持腕４５の先端部４５ａ側に湾曲する。従って、前記中央支持腕には、これを前記先端部側に圧縮する応力が作用し、支持部４９を枠体４８の近接する前記側辺部側に向けて屈曲させる。これにより、支持部４９に沿ってその幅方向内側には、特に中央支持腕４５を接続する部分４５´に近い範囲の部分５０，５１に圧縮応力が作用する。支持部４９に沿ってその幅方向外側には、部分４５´を中心に該支持部の両端に向けて概ね部分５０，５１に対応する範囲の部分５２に、引張応力が作用する。更に、支持部４９の枠体４８の側辺部との接続部分付近には、その幅方向内側の部分５３，５４に引張応力が作用し、かつ外側の部分５５，５６に圧縮応力が作用する。
【００６２】
逆に、前記振動腕が互いに接近する向きに屈曲すると、図５（Ｃ）に示すように、連結部４２が、全体として中央支持腕４５の先端部４５ａとは反対側に湾曲する。前記中央支持腕には、これを前記先端部側から引っ張る応力が作用し、支持部４９を前記振動片本体側に向けて屈曲させる。これにより、支持部４９に沿ってその幅方向内側には、中央支持腕４５を接続する部分４５´に近い範囲の部分５０，５１に引張応力が作用する。支持部４９に沿ってその幅方向外側には、部分４５´を中心に該支持部の両端に向けて概ね部分５０，５１に対応する範囲の部分５２に圧縮応力が作用する。更に、支持部４９の枠体４８の側辺部との接続部分付近には、その幅方向内側の部分５３，５４に圧縮応力が作用し、かつ外側の部分５５，５６に引張応力が作用する。
【００６３】
これに対し、枠体４８の各側辺部には、振動腕４３，４４の屈曲振動による圧縮応力及び引張応力がほとんど発生しないことが分かった。従って、圧電振動片４１は、枠体４８の側辺部でパッケージ等に固定支持することにより、前記振動腕の振動漏れを防止又は抑制し、その性能向上を図ることができる。
【００６４】
図６は、第２実施例の変形例を示している。この変形例の圧電振動片４１は、支持部４９に沿って溝５７〜６０が形成されている点において、第２実施例と異なる。溝５７〜６０は、第２実施例に関連して上述したように、振動腕４３，４４の屈曲振動による圧縮応力及び引張応力が交互に発生する支持部４９の幅方向内側の部分５０，５１と外側の部分５２との間及び幅方向内側の部分５３，５４と外側の部分５５，５６との間に、それぞれ支持部４９の両辺縁から等距離に配置される。
【００６５】
図６（Ｃ）は、前記振動腕が互いに離反する向きに屈曲することにより、支持部４９の幅方向内側の部分５０（５１）が圧縮側となりかつ外側の部分５２が伸張側となる場合を、図６（Ｄ）は、支持部４９の幅方向外側の部分５５（５６）が圧縮側となりかつ内側の部分５３（５４）が伸張側となる場合を示している。図６（Ｃ）（Ｄ）に示すように、溝５７〜６０は、前記支持部４９の表裏各主面から同じ深さを有する有底の溝である。図中、＋の符号は温度上昇を、−の符号は温度下降を示す。溝５７（５８）を挟んで、圧縮側の部分５０（５１）は温度が上昇し、伸張側の部分５２は温度が下降する。同様に溝５９（６０）を挟んで、圧縮側の部分５５（５６）は温度が上昇し、伸張側の部分５３（５４）は温度が下降する。これらの温度勾配によって、圧縮側（＋）の部分５０（５１）及び５５（５６）から溝５７（５８）及び５９（６０）の部分を通って伸張側（−）の部分５２及び５３（５４）へと、それぞれ熱伝達が起こる。
【００６６】
逆に、前記振動腕が互いに接近する向きに屈曲すると、支持部４９の幅方向内側の部分５０，５１及び外側の部分５５，５６が伸張側となり、かつ幅方向外側の部分５２及び内側の部分５３，５４が圧縮側となる。圧縮側の部分５２〜５４では温度が上昇し、伸張側の部分５０，５１，５５，５６では温度が下降する。この温度勾配によって、圧縮側の部分５２及び５３，５４からそれぞれ溝５７，５８及び溝５９，６０の部分を通って伸張側の部分５０，５１及び５５，５６へと、逆向きに熱伝達が起こる。このように、支持部４９に沿って幅方向内側の部分５０，５１，５３，５４と外側の部分５２，５５，５６との間では、前記振動腕が互いに接近又は離反する向きによってそれぞれ温度勾配が生じ、それらの温度傾斜に沿って熱伝達が起こる。
【００６７】
支持部４９の幅方向内側の部分５０，５１及び５３，５４と外側の部分５２及び５５，５６との間の熱伝達経路は、それぞれ途中が溝５７〜６０によって狭められている。その結果、部分５０，５１と部分５２との間及び部分５５，５６と部分５３，５４との間で、それぞれ温度が平衡状態になるまでの緩和時間τ１は、支持部４９に前記溝を有しない第２実施例の場合の緩和時間τ０よりも長くなる。これは、図６（Ｃ）（Ｄ）にそれぞれ想像線４９’，４９”で示すように、支持部４９の幅Ｔをみかけ上Ｔ１まで長くした場合と等価と考えられる。従って、本実施例の圧電振動片４１は、緩和振動数ｆ１０が、ｆ１０＝１／２πτ１となり、τ１＜τ０であるから、第２実施例の場合の緩和振動数ｆ０＝１／２πτ０よりも低くなる。
【００６８】
これを、図１０の周波数とＱ値との関係で見ると、曲線Ｆ自体の形は変わらないから、緩和振動数の低下に伴って、曲線Ｆが曲線Ｆ１の位置まで周波数の低下方向にシフトしたことになる。従って、所望の使用周波数が振動数ｆ０よりも高い範囲では、Ｑ値は常に、第２実施例における極小値Ｑ０よりも高くなる。このように本実施例の圧電振動片４１は、支持部４９に有底溝５７〜６０を設けることによって、振動エネルギの機械的損失の抑制に加えて、熱弾性損失を抑制し、Ｑ値をより改善して高性能化を実現することができる。この有底溝は、支持部４９の表裏主面のいずれか一方にのみ設けても、同様の作用効果が得られる。
【００６９】
図７（Ａ）（Ｂ）は、第２実施例の別の変形例を示している。この変形例は、支持部４９に、有底溝に代えて、その表裏を貫通する溝６１，６２が形成されている点において、図６の実施例とは異なる。この貫通溝６１，６２により、支持部４９は、その幅方向内側の部分５０（５１）、５３（５４）と外側の部分５２，５５（５６）とが分離されている。
【００７０】
図６の実施例と同様に、前記振動腕を水平方向に互いに接近又は離反する向きに屈曲振動させると、支持部４９は水平方向に屈曲変形する。前記支持部の内部には、その屈曲の向きに応じて、圧縮応力と引張応力とが発生する。支持部４９の圧縮応力が作用する圧縮部分は温度が上昇し、引張応力が作用する伸張部分は温度が下降する。
【００７１】
図７（Ｂ）は、前記振動腕が互いに離反する向きに屈曲して、支持部４９の中央支持腕４５との接続部分４５´付近において、その幅方向内側の部分５０（５１）が圧縮側となりかつ外側の部分５２が伸張側となる場合を、図７（Ｃ）は、前記支持部の枠体４８の側辺部との接続部分付近において、その幅方向外側の部分５５（５６）が圧縮側となりかつ内側の部分５３（５４）が伸張側となる場合を示している。図中、温度上昇の程度を＋符号の数で、温度下降の程度を−符号の数で示す。支持部４９を全体として見ると、圧縮側の部分５０（５１），５５（５６）は温度が上昇し、伸張側の部分５２，５３（５４）は温度が下降する。本実施例では、貫通溝６１，６２を設けたことによって、支持部４９の幅方向内側の部分５０（５１）、５３（５４）と外側の部分５２，５５（５６）との間で熱伝達は起こらない。
【００７２】
局所的に見ると、支持部４９の幅方向に溝６１を挟んで振動片本体側の部分では、その幅方向内側と溝６１側とで作用する圧縮応力の大きさに差が生じる。その結果、この振動片本体側の部分は、図７（Ｂ）に示すように、圧縮応力がより大きい内側即ち振動片本体側で、温度がより高く上昇し、それより圧縮応力が低い溝６１側で、温度上昇が小さい。従って、この部分の内部では、その相対的な温度上昇の差によって、内側（＋＋）から溝６１側（＋）に向けて温度勾配が生じ、その温度傾斜に沿って熱伝達が起こる。
【００７３】
同様に、支持部４９の幅方向に溝６１を挟んで振動片本体とは反対側の部分でも、その幅方向外側と溝６１側とで作用する引張応力の大きさに差が生じる。その結果、この振動片本体とは反対側の部分は、引張応力がより大きい外側即ち振動片本体とは反対側で、温度がより低く下降し、それよりも引張応力が低い溝６１側で、温度下降が小さい。従って、この部分の内部では、その相対的な温度上昇の差によって、溝６１側（−）から外側（−−）に向けて温度勾配が生じ、その温度傾斜に沿って熱伝達が起こる。
【００７４】
また、支持部４９の幅方向に溝６２を挟んで振動片本体とは反対側の部分では、その幅方向外側と溝６２側とで作用する圧縮応力の大きさに差が生じる。その結果、この振動片本体とは反対側の部分は、図７（Ｃ）に示すように、圧縮応力がより大きい外側即ち振動片本体側とは反対で、温度がより高く上昇し、それより圧縮応力が低い溝６２側で、温度上昇が小さい。従って、この部分の内部では、その相対的な温度上昇の差によって、内側（＋＋）から溝６２側（＋）に向けて温度勾配が生じ、その温度傾斜に沿って熱伝達が起こる。
【００７５】
同様に、支持部４９の幅方向に溝６２を挟んで振動片本体側の部分でも、その幅方向内側と溝６２側とで作用する引張応力の大きさに差が生じる。その結果、この振動片本体側の部分は、引張応力がより大きい外側即ち振動片側で、温度がより低く下降し、それよりも引張応力が低い溝６２側で、温度下降が小さい。従って、この部分の内部では、その相対的な温度上昇の差によって、溝６２側（−）から内側（−−）に向けて温度勾配が生じ、その温度傾斜に沿って熱伝達が起こる。
【００７６】
逆に、前記振動腕が互いに接近する向きに屈曲すると、支持部４９の中央支持腕４５との接続部分４５´付近において、その幅方向に内側が伸張し、かつ外側が圧縮される。前記支持部の枠体４８の側辺部との接続部分付近では、その幅方向に内側が圧縮され、かつ外側が伸張する。従って、支持部４９を全体として見ると、圧縮側の部分５２〜５４で温度が上昇し、伸張側の部分５０，５１，５５，５６で温度が下降する。
【００７７】
局所的に見ると、支持部４９の幅方向に溝６１を挟んで振動片本体とは反対側の部分では、その幅方向外側と溝６１側とで作用する圧縮応力の大きさに差が生じる。その結果、この振動片本体とは反対側の部分は、圧縮応力がより大きい外側即ち振動片本体とは反対側で、温度がより高く上昇し、それより圧縮応力が低い溝６１側で、温度上昇が小さい。従って、この部分の内部では、その相対的な温度上昇の差によって、外側から溝６１側に向けて温度勾配が生じ、その温度傾斜に沿って熱伝達が起こる。
【００７８】
同様に、支持部４９の幅方向に溝６１を挟んで振動片本体側の部分でも、その幅方向内側と溝６１側とで作用する引張応力の大きさに差が生じる。その結果、この振動片本体側の部分は、引張応力がより大きい内側即ち振動片本体側で、温度がより低く下降し、それよりも引張応力が低い溝６１側で、温度下降が小さい。従って、この部分の内部では、その相対的な温度上昇の差によって、溝６１側から内側に向けて温度勾配が生じ、その温度傾斜に沿って熱伝達が起こる。
【００７９】
更に、支持部４９の幅方向に溝６２を挟んで振動片本体側の部分では、その幅方向内側と溝６１側とで作用する圧縮応力の大きさに差が生じる。その結果、この振動片本体側の部分は、圧縮応力がより大きい内側即ち振動片本体側で、温度がより高く上昇し、それより圧縮応力が低い溝６２側で、温度上昇が小さい。従って、この部分の内部では、その相対的な温度上昇の差によって、内側から溝６２側に向けて温度勾配が生じ、その温度傾斜に沿って熱伝達が起こる。
【００８０】
同様に、支持部４９の幅方向に溝６２を挟んで振動片本体とは反対側の部分でも、その幅方向外側と溝６２側とで作用する引張応力の大きさに差が生じる。その結果、この振動片本体とは反対側の部分は、引張応力がより大きい外側即ち振動片本体とは反対側で、温度がより低く下降し、それよりも引張応力が低い溝６２側で、温度下降が小さい。従って、この部分の内部では、その相対的な温度上昇の差によって、溝６２側から外側に向けて温度勾配が生じ、その温度傾斜に沿って熱伝達が起こる。
【００８１】
本実施例では、貫通溝６１，６２によって、該溝を挟んで支持部４９の幅方向内側及び外側の各部分の内部の熱伝達経路が、第２実施例よりも大幅に短い。その結果、これら各部分において温度が平衡状態になるまでの緩和時間τ２は、前記貫通溝を有しない第２実施例の場合の緩和時間τ０よりも短くなる。これは、支持部４９の幅Ｔをみかけ上、貫通溝６１，６２によって分離された各部分の幅Ｔ２まで短くした場合と等価と考えられる。従って、本実施例の圧電振動片は、緩和振動数ｆ２０が、ｆ２０＝１／２πτ２となり、τ２＜τ０であるから、従来構造の緩和振動数ｆ０＝１／２πτ０よりも高くなる。
【００８２】
これを、図１０の周波数とＱ値との関係で見ると、曲線Ｆ自体の形は変わらないから、緩和振動数の上昇に伴って、曲線Ｆが曲線Ｆ２の位置まで周波数の増加方向にシフトしたことになる。従って、所望の使用周波数が振動数ｆ０よりも低い範囲では、Ｑ値は常に、第２実施例の極小値Ｑ０よりも高くなる。このように本変形例においても、支持部４９に貫通溝６１，６２を設けることによって、図６の変形例と同様に、振動エネルギの機械的損失の抑制に加えて、熱弾性損失を抑制し、Ｑ値をより改善して高性能化を実現することができる。
【００８３】
図８は、第２実施例又はその上記各変形例の圧電振動片４１を備えた圧電デバイスの実施例を示している。この圧電デバイス７１は、圧電振動片４１の下側に配置される平板状のベース７２と、該圧電振動片の上側に配置される平板状のリッド７３とを備える。圧電振動片４１は、枠体４８の下面及び上面において、それぞれ低融点ガラス等の封止材７４，７５でベース７２及びリッド７３と気密に接合される。これにより、前記振動片本体は、支持部４９に片持ちに支持されて、圧電デバイス７１内部に気密に封止される。また、ベース７２及びリッド７３は、平板状のものに限定されない。例えば、圧電振動片４１の枠体４８と接合される前記ベース及び／又はリッドの周縁部分を厚肉に形成したり、圧電振動片との対向面又は外面に溝や凹み又は凸部を形成したものであってもよい。
【００８４】
図９は、第２実施例又はその上記各変形例の圧電振動片４１を備えた圧電デバイスの別の実施例を示している。この圧電デバイス８１は、絶縁材料の薄板を積層した矩形箱型のベース８２と、平板状のリッド８３とを備える。圧電振動片４１は、ベース８２の空所８４内に、枠体４８を導電性接着剤等でマウント８５，８６に固定して実装する。ベース８２の上端にリッド８３を接合することにより、圧電振動片４１が圧電デバイス８１内部に気密に封止される。また、ベース８２及びリッド８３は、本実施例と異なる形態にすることができる。例えば、ベース８２を平板状にかつリッド８３を箱型に形成し、又は前記ベース及びリッド双方共に箱型に形成して、その内部に圧電振動片４１を実装するための空所を画定することができる。
【００８５】
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、本発明は、連結部から３本以上の振動腕が延出する構造の圧電振動片についても、同様に適用することができる。また、上記各実施例の屈曲振動片は、圧電材料で一体に形成したものだけでなく、シリコン半導体等の材料を使用し、その表面に圧電板材を設けたものであってもよい。更に、本発明は、圧電駆動型の屈曲振動片だけでなく、静電駆動型や磁気駆動型のものについても同様に適用することができる。その場合、圧電材料以外にシリコン半導体などの様々な公知の材料を用いて屈曲振動片を形成することができる。また、本発明の屈曲振動片は、圧電デバイス以外の様々な電子部品に適用することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１，１１，４１…圧電振動片、２，１２，４２…連結部、３，４，１３，１４，４３，４４…振動腕、５，１５，４５…中央支持腕、５ａ，１５ａ，４５ａ…先端部、６，７，１６，１７，４６，４７…長溝、８…マウント部、１８，４８…枠体、１９…側辺部、２０〜２２，５０〜５６…部分、２３〜２５，５７〜６２…溝、３１，７１，８１…圧電デバイス、３２，７２，８２…ベース、３３，７３，８３…リッド、３４，８４…空所、３５，３６，８５，８６…マウント、４９…支持部、７４，７５…封止材。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屈曲振動モードで振動する屈曲振動片に関し、更に屈曲振動片を用いた振動子や共振子、発振器ジャイロ、各種センサ等の様々な電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、屈曲振動モードの圧電振動片として、基部から１対の振動腕を平行に延出させかつ水平方向に互いに接近又は離反する向きに振動させる音叉型のものが、広く使用されている。この振動腕を屈曲励振させたとき、その振動エネルギに損失が生じると、ＣＩ値の増加やＱ値の低下など、振動子の性能を低下させる原因となる。そこで、かかる振動エネルギの損失を防止又は低減するために、従来から様々な工夫がなされている。
【０００３】
例えば、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１，２を参照）。この水晶振動片は、振動腕の振動が垂直方向の成分をも含む場合に、振動が基部から漏れるのを切込み部又は切込み溝により緩和することによって、振動エネルギの閉込効果を高めてＣＩ値を抑制し、かつ振動片間でのＣＩ値のばらつきを防止している。
【０００４】
かかる機械的損失だけでなく、振動エネルギの損失は、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、熱弾性効果と呼ばれている。熱弾性効果による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た音叉型の振動子が知られている（例えば、特許文献３を参照）。
【０００５】
特許文献３によれば、一般に温度差を原因として生じる固体の内部摩擦の場合によく知られた歪みと応力との関係式から、熱弾性損失は、屈曲振動モードの振動子において、振動数が変化したときに、緩和振動数ｆm＝１／２πτ（ここで、πは円周率、τは緩和時間）でＱ値が極小となる、と説明されている。このＱ値と周波数との関係を一般的に表すと、図５の曲線Ｆのようになる（例えば、非特許文献１を参照）。同図において、Ｑ値が極小Ｑ０となる周波数が緩和周波数ｆ０（＝１／２πτ）である。
【０００６】
また、２本の振動腕を有する音叉型の発振片とその外側を囲む矩形の保持枠とを、該発振片の基部に設けた結合部により一体に構成した水晶振動子が知られている（例えば、特許文献４を参照）。このような構造の水晶振動子は、保持枠を上下から平板状のカバーで挟み込むことにより封止される。更に、振動子と矩形の支持枠とを、該振動子の基部の側面に設けた弾性部材で接続することにより、振動腕の振動エネルギが基部から外部に漏れるのを抑制した音叉型圧電振動子が提案されている（例えば、特許文献５を参照）。
【０００７】
他方、音叉型以外の屈曲振動子として、２本の平行な振動腕を連結部により互いに結合し、かつ該連結部から中央アームを両振動アームの間に延長させた共振器が考案されている（例えば、特許文献６を参照）。この共振器は、水晶で形成した単一部品の振動片からなり、振動アームの前面又は裏面の少なくとも一方に少なくとも１つの溝を形成することにより、励起電界をより均一にかつ局所的に強くしてエネルギ消費を少なくしかつＣＩ値を抑制する。更に、機械的応力が最大となる連結部まで振動アームの溝を延長させて、この領域での電界を取り出すことにより、振動アームの振動結合効果を増加させている。
【０００８】
屈曲振動振動モードで振動する振動片には、上述した圧電駆動型のもの以外に、静電気力を用いた静電駆動型や、磁気を用いた磁気駆動型のものがある。静電駆動型のものとして、シリコン材料の基板に方形枠部からなる第１の振動体を、第１の支持梁によりＸ軸方向に振動可能に支持し、第１の振動体の枠部内に方形平板状の第２の振動体を、第２の支持梁によりＹ軸方向に振動可能に支持し、基板側の縁部に設けた固定側導電部と第１の振動体側の縁部に設けた可動側導電部との間で発生する静電力によって、第１の支持梁を屈曲させて第１の振動体をＸ軸方向に振動させる角速度センサが知られている（例えば、特許文献７を参照）。別の静電駆動型として、固定フレームの内側に駆動梁で支持される振動フレームの内側に複合梁で取り付けられた錘部を有するシリコンウェハのセンサ本体と、それに対向するガラス基板とからなり、センサ本体側とガラス基板側との平行平板電極間で働く静電気力によって、センサ本体及び錘部を振動させる角速度センサが知られている（例えば、特許文献８を参照）。
【０００９】
また、磁気駆動型のものとして、恒弾性材料の振動体を一端の支持部で外部固定台に固定支持し、その連結部から分岐したバネ部をその自由端に固着した磁石と基台に固着した電磁コイルとにより駆動して振動させる振動体構造が知られている（例えば、特許文献９を参照）。別の磁気駆動型として、シリコン基板から形成されかつ片持ち梁状に支持される薄膜振動板上に薄膜磁石を配置し、薄膜振動板の外側に設けた導体又は電磁コイルに交流電流を通電して発生する電磁力の作用によって、薄膜振動板を厚み方向に振動させるようにした角速度センサが知られている（例えば、特許文献１０を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−２６１５７５号公報
【特許文献２】特開２００４−２６０７１８号公報
【特許文献３】実願昭６３−１１０１５１号明細書
【特許文献４】特開昭５３−２３５８８号公報
【特許文献５】特開昭５６−９４８１３号公報
【特許文献６】特開２００６−３４５５１９号公報
【特許文献７】特開平５−３１２５７６号公報
【特許文献８】特開２００１−１８３１４０号公報
【特許文献９】特公昭４３−１１９４号公報
【特許文献１０】特開平１０−１９５７７号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】C. Zener，外２名，「Internal Friction in Solids III. Experimental Demonstration of Thermoelastic Internal Friction」，PHYSICAL REVIEW，1938年１月１日，Volume 53，p.100-101
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本願発明者は、特許文献６に記載されるように２本の振動腕の間に連結部から１本の中央支持腕を延長させた構造の圧電振動片について、振動腕の振動エネルギの損失を抑制するための手段を検討した。特に、少なくとも本願発明者が知る限り、従来技術において、上述した熱弾性効果が屈曲振動モードの圧電振動片に与える影響を検討した例は、特許文献３以外にほとんど見当たらない。
【００１３】
図１１（Ａ）は、かかる１本の中央支持腕を有する従来構造の圧電振動片の典型的な一例を示している。この圧電振動片１は、連結部２から延出する２本の平行な振動腕３，４を備える。両振動腕３，４の間には、１本の中央支持腕５が連結部２から前記振動腕と等間隔をもって平行に延長している。前記各振動腕の表裏各主面には、それぞれ１本の直線状の溝６，７が形成されている。圧電振動片１は、前記中央支持腕の前記連結部とは反対側の先端部５ａで、図示しないパッケージ等のマウント部８に固定保持される。この状態で、図示しない励振電極に所定の電圧を印加すると、振動腕３，４は、図中矢印で示すように互いに接近又は離反する向きに屈曲振動する。
【００１４】
この屈曲振動によって、中央支持腕５には、その長手方向に圧縮・引張の機械的歪みが発生した。この歪みは、中央支持腕５に発生する温度の上昇及び下降として観察された。図１１（Ｂ）に示すように、振動腕３，４が互いに離反する向きに屈曲すると、連結部２は全体として中央支持腕５の先端部５ａ側に湾曲するから、前記中央支持腕には、これを前記先端部側に圧縮する応力が作用する。逆に、前記振動腕が互いに接近する向きに屈曲すると、図１１（Ｃ）に示すように、連結部２は中央支持腕５の先端部５ａとは反対側に湾曲するから、前記中央支持腕には、これを前記先端部とは反対側に引張る応力が作用する。
【００１５】
その結果、振動腕３，４の屈曲振動の一部が中央支持腕５からマウント部８に逃げる機械的な振動漏れが発生し、ＣＩ値の増加やＱ値の低下を生じ、振動子の性能を低下させる虞がある。また、中央支持腕５に作用する圧縮・引張応力が圧電振動片１内部に温度勾配を発生させ、その結果熱弾性損失による振動エネルギの損失を生じる虞がある。
【００１６】
そこで本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の振動腕の間に連結部から１本の中央支持腕を延長させた屈曲振動モードの屈曲振動片において、振動腕の振動エネルギの機械的損失及び／又は熱弾性損失を抑制して、その性能の向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によれば、上記目的を達成するために、複数本の平行な振動腕、該振動腕を結合する連結部、及び該連結部から振動腕の間にそれらと等間隔をもって平行に延出する１本の中央支持腕からなる振動片本体と、該振動片本体の外側に配置された枠体とを備え、振動片本体が、中央支持腕の連結部とは反対側の端部で枠体により支持されている屈曲振動片が提供される。
【００１８】
振動腕の屈曲振動は、振動片本体の連結部を屈曲振動させ、それが中央支持腕に長手方向に沿って圧縮又は引張応力を作用させ、枠体の中央支持腕との結合部分を屈曲変形させるが、枠体の他の部分にはほとんど作用しない。従って、本発明の屈曲振動片は、枠体の中央支持腕との結合部分以外の部分でパッケージ等に固定支持することにより、振動腕の外部への振動漏れを抑制することができ、その性能向上を図ることができる。
【００１９】
本発明の屈曲振動片には、振動子や共振子、ジャイロ、各種センサ等の圧電デバイス、その他の電子部品に使用される圧電駆動型の圧電振動片が含まれる。更に本発明の屈曲振動片には、従来技術に関連して上述した静電駆動型及び磁気駆動型のものが含まれる。
【００２０】
或る実施例では、振動片本体を支持するために、中央支持腕の連結部とは反対側の端部が枠体の１側辺部に直接結合されている。この側辺部は、振動腕の屈曲振動により圧縮又は引張応力を受けて屈曲変形するが、その影響は他の側辺部にほとんど及ばないので、該他の側辺部で圧電振動片をパッケージ等に固定支持することにより、振動腕の外部への振動漏れを抑制することができる。
【００２１】
別の実施例では、枠体の中央支持腕を結合した側辺部がその表裏主面の少なくとも一方に形成された溝を有し、該溝が、枠体の側辺部に沿ってその幅方向内側と外側とで振動腕の屈曲振動による圧縮応力と引張応力とが交互に発生する範囲に配置されると好都合である。この側辺部の内部には、その幅方向内側と外側とで圧縮による温度上昇と伸張による温度下降とが交互に発生して温度差を生じるが、それらの間における熱伝達を側辺部の溝で制限することができる。従って、熱弾性損失によるＱ値の低下が抑制され、屈曲振動片の性能向上を図ることができる。
【００２２】
更に別の実施例によれば、溝が、側辺部に沿ってその両端と中央支持腕を接続する部分との間の範囲に形成されることにより、該側辺部の強度及び剛性を損なうことなく、有効に熱弾性損失を減少させてＱ値の改善を図ることができる。
【００２３】
或る実施例では、前記側辺部の溝が有底の溝であることにより、該側辺部の幅方向内側と外側との間における熱伝達経路が途中で狭められ、見かけ上従来よりも長くなる。その結果、側辺部の幅方向内側と外側との間で温度が平衡状態となるまでの緩和時間τが長くなるので、Ｑ値の極小値を生じる緩和振動数（ｆ＝１／２πτ）は、側辺部に溝が無い場合の緩和振動数よりも低くなり、その場合の緩和振動数よりも高い周波数範囲では、Ｑ値が高くなる。
【００２４】
別の実施例では、前記側辺部の溝が貫通溝であることにより、該側辺部の幅方向内側と外側との間における熱伝達経路は途中で遮断され、従来よりも短くなる。その結果、側辺部の幅方向内側と外側との間で温度が平衡状態となるまでの緩和時間τが短くなるので、Ｑ値の極小値を生じる緩和振動数（ｆ＝１／２πτ）は、側辺部に溝が無い場合の緩和振動数よりも高くなり、その場合の緩和振動数よりも低い周波数範囲では、Ｑ値が高くなる。
【００２５】
また、或る実施例によれば、枠体が、該枠体の内側にその対向する１対の側辺部の間を延長する支持部を有し、振動片本体を支持するために、中央支持腕の連結部とは反対側の端部が支持部に結合されている。この支持部は、振動腕の屈曲振動により圧縮又は引張応力を受けて屈曲変形するが、その影響は枠体の側辺部にほとんど及ばないので、該側辺部で圧電振動片をパッケージ等に固定支持することにより、振動腕の外部への振動漏れを抑制することができる。
【００２６】
別の実施例では、枠体の支持部がその表裏主面の少なくとも一方に形成した溝を有し、該溝が、支持部に沿ってその振動片本体側とその反対側とで振動腕の屈曲振動による圧縮応力と引張応力とが交互に発生する範囲に配置されると好都合である。支持部の内部には、その幅方向に振動片本体側とその反対側とで圧縮による温度上昇と伸張による温度下降とが交互に発生して温度差を生じるが、それらの間における熱伝達を支持部の溝で制限することができる。従って、熱弾性損失によるＱ値の低下が抑制され、屈曲振動片の性能向上を図ることができる。
【００２７】
更に別の実施例では、前記支持部の溝が、該支持部に沿ってその両端と中央支持腕を接続する部分との間の範囲に形成されることにより、支持部の強度及び剛性を損なうことなく、有効に熱弾性損失を減少させてＱ値の改善を図ることができる。
【００２８】
或る実施例によれば、前記支持部の溝が有底の溝であることにより、同様に該支持部の振動片本体側とその反対側との間における熱伝達経路が途中で狭められ、見かけ上従来よりも長くなる。その結果、支持部の振動腕側とその反対側との間で温度が平衡状態となるまでの緩和時間τが長くなり、Ｑ値の極小値を生じる緩和振動数（ｆ＝１／２πτ）は、支持部に溝が無い場合の緩和振動数よりも低くなるから、その場合の緩和振動数よりも高い周波数範囲では、Ｑ値が高くなる。
【００２９】
別の実施例によれば、前記支持部の溝が貫通溝であることにより、該支持部の振動片本体側とその反対側との間における熱伝達経路は途中で遮断され、従来よりも短くなる。その結果、支持部の振動片本体側とその反対側との間で温度が平衡状態となるまでの緩和時間τが短くなり、Ｑ値の極小値を生じる緩和振動数（ｆ＝１／２πτ）は、支持部に溝が無い場合の緩和振動数よりも高くなるから、その場合の緩和振動数よりも低い周波数範囲では、Ｑ値が高くなる。
【００３０】
本発明の別の側面によれば、上述した本発明の屈曲振動片と、ベースと、リッドとを備え、該屈曲振動片をベース上に配置し、かつ枠体の中央支持腕を結合した側辺部とは異なる側辺部でベースに固定し、リッドをベースに接合してその内部に屈曲振動片を気密に封止した、従来よりも高いＱ値及び高性能を有する圧電デバイス等の電子部品が提供される。
【００３１】
本発明の更に別の側面によれば、上述した枠体に支持部を有する本発明の屈曲振動片と、ベースと、リッドとを備え、該屈曲振動片の枠体の下面にベースを接合しかつ枠体の上面にリッドを接合して、その内部に屈曲振動片を気密に封止した、従来よりも高いＱ値及び高性能を有する圧電デバイス等の電子部品が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（Ａ）図は本発明による圧電振動片の第１実施例を示す平面図、（Ｂ）図及び（Ｃ）図は振動腕の屈曲振動による変形をそれぞれ示す模式図。
【図２】（Ａ）図は第１実施例の変形例の圧電振動片を示す平面図、（Ｂ）図は枠体の側辺部を示す部分拡大平面図、（Ｃ）図はそのII−II線における断面図。
【図３】（Ａ）図は、第１実施例の別の変形例の圧電振動片について、枠体の側辺部を示す部分拡大平面図、（Ｂ）図はそのIII−III線における断面図。
【図４】第１実施例の圧電振動片を備える圧電デバイスの縦断面図。
【図５】（Ａ）図は本発明による圧電振動片の第２実施例を示す平面図、（Ｂ）図及び（Ｃ）図は振動腕の屈曲振動による変形をそれぞれ示す模式図。
【図６】（Ａ）図は第２実施例の変形例の圧電振動片を示す平面図、（Ｂ）図は枠体の支持部を示す部分拡大平面図、（Ｃ）図及び（Ｄ）図はそのVIｃ−VIｃ線及びVIｄ−VIｄ線における断面図。
【図７】（Ａ）図は、第２実施例の別の変形例の圧電振動片について、枠体の支持部を示す部分拡大平面図、（Ｂ）図及び（Ｃ）図はそのVIIｂ−VIIｂ線及びVIIｃ−VIIｃ線における断面図。
【図８】第２実施例の圧電振動片を備える圧電デバイスの縦断面図。
【図９】第２実施例の圧電振動片を備える別の圧電デバイスの縦断面図。
【図１０】屈曲振動モードの圧電振動片における緩和周波数とＱ値の極小値との関係を示す線図。
【図１１】（Ａ）図は従来の圧電振動片の構成を示す平面図、（Ｂ）図及び（Ｃ）図は振動腕の屈曲振動による変形をそれぞれ示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
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、同様の構成要素には同様の参照符号を付して示す。
【００３４】
図１（Ａ）は、本発明を適用した圧電振動片の第１実施例の構成を概略的に示している。本実施例の圧電振動片１１は、連結部１２と、該連結部から延出する２本の平行な振動腕１３，１４と、１本の中央支持腕１５とからなる振動片本体を備える。中央支持腕１５は、連結部１２から前記両振動腕の間を該振動腕と等間隔をもって平行に延長する。各振動腕１３，１４の表裏各主面には、ＣＩ値を抑制するために、それぞれ長手方向に沿って１本の直線状の長溝１６，１７が形成されている。
【００３５】
更に圧電振動片１１は、前記振動片本体の外側に配置された矩形の枠体１８を備える。中央支持腕１５は、その先端部１５ａ即ち連結部１２とは反対側の端部において、枠体１８の一方の側辺部１９に一体に結合する。これにより、前記振動片本体は、枠体１８に片持ちに支持される。また、枠体１８は、その隅部を丸み付けしたり、面取り加工を施したものであってもよい。
【００３６】
本実施例の圧電振動片１１は、従来の音叉型水晶振動片と同様に、所謂Ｚカットの水晶薄板から、水晶結晶軸のＹ軸を前記振動腕の長手方向に、Ｘ軸をその幅方向に、Ｚ軸を前記振動片の表裏主面の垂直方向にそれぞれ配向して形成される。別の実施例では、圧電振動片１１を水晶以外の圧電材料で形成することができる。
【００３７】
図示しないが、溝１６，１７の内面を含む各振動腕１３，１４の表面には、励振電極が形成されている。上述したように圧電振動片１１を中央支持腕１５で枠体１８により片持ちに支持した状態で、前記励振電極に所定の電圧を印加すると、振動腕１３，１４は水平方向に、図中矢印で示すように互いに接近又は離反する向きに屈曲振動する。
【００３８】
この屈曲振動によって、枠体１８の側辺部１９は水平方向に屈曲変形する。図１（Ｂ）に示すように、振動腕１３，１４が互いに離反する向きに屈曲すると、連結部１２が、全体として中央支持腕１５の先端部１５ａ側に湾曲する。従って、前記中央支持腕には、これを前記先端部側に圧縮する応力が作用し、側辺部１９を枠体１８の外側に向けて屈曲させる。これにより、側辺部１９に沿ってその幅方向内側には、特に中央支持腕１５を接続する部分１５´に近い範囲の部分２０，２１に圧縮応力が作用する。側辺部１９に沿ってその幅方向外側には、部分１５´を中心に該側辺部の両端に向けて比較的広い範囲の部分２２に、引張応力が作用する。
【００３９】
逆に、前記振動腕が互いに接近する向きに屈曲すると、図１（Ｃ）に示すように、連結部１２が、全体として中央支持腕１５の先端部１５ａとは反対側に湾曲する。前記中央支持腕には、これを前記先端部側から引張る応力が作用し、側辺部１９を枠体１８の内側に向けて屈曲させる。これにより、側辺部１９に沿ってその幅方向内側には、特に中央支持腕１５を接続する部分１５´に近い範囲の部分２０，２１に引張応力が作用する。側辺部１９に沿ってその幅方向外側には、部分１５´を中心に該側辺部の両端に向けて比較的広い範囲の部分２２に圧縮応力が作用する。
【００４０】
これに対し、枠体１８の側辺部１９とそれに隣接する側辺部との接続部分及びその近傍には、振動腕１３，１４の屈曲振動による圧縮応力及び引張応力がほとんど発生しないことが分かった。従って、圧電振動片１１は、枠体１８を側辺部１９以外の側辺部でパッケージ等に固定支持することにより、前記振動腕の振動漏れを防止又は抑制し、その性能向上を図ることができる。
【００４１】
図２は、第１実施例の変形例を示している。この変形例の圧電振動片１１は、枠体１８の側辺部１９に沿って溝２３，２４が形成されている点において、第１実施例と異なる。溝２３，２４は、第１実施例に関連して上述したように、振動腕１３，１４の屈曲振動による圧縮応力及び引張応力が交互に発生する側辺部１９の幅方向内側の部分２０，２１と外側部分２２との間に、該側辺部の各辺縁から等距離に配置される。
【００４２】
図２（Ｃ）は、前記振動腕が互いに離反する向きに屈曲して、側辺部１９の幅方向内側の部分２０（２１）が圧縮側となりかつ外側部分２２が伸張側となる場合を示している。同図に示すように、溝２３，２４は、前記側辺部の表裏各主面から同じ深さを有する有底の溝である。図中、＋の符号は温度上昇を、−の符号は温度下降を示す。溝２３（２４）を挟んで、圧縮側の部分２０（２１）は温度が上昇し、伸張側の部分２２は温度が下降する。この温度勾配によって、圧縮側（＋）の部分２０（２１）から溝２３（２４）の部分を通って伸張側（−）の部分２２へと、熱伝達が起こる。
【００４３】
逆に、前記振動腕が互いに接近する向きに屈曲すると、側辺部１９の幅方向内側の部分２０、２１が伸張側となり、かつ外側の部分２２が圧縮側となる。圧縮側の部分２２では温度が上昇し、伸張側の部分２０、２１では温度が下降する。この温度勾配によって、圧縮側の部分２２から溝２３，２４の部分を通って伸張側の部分２２へと、逆向きに熱伝達が起こる。このように、側辺部１９に沿って幅方向内側の部分２０、２１と外側の部分２２との間では、前記振動腕が互いに接近又は離反する向きによって温度勾配が生じ、その温度傾斜に沿って熱伝達が起こる。
【００４４】
側辺部１９の幅方向内側の部分２０、２１と外側の部分２２間の熱伝達経路は、その途中が溝２３，２４によって狭められている。その結果、部分２０、２１と部分２２間で温度が平衡状態になるまでの緩和時間τ１は、側辺部１９に前記溝を有しない第１実施例の場合の緩和時間τ０よりも長くなる。これは、図２（Ｃ）に想像線１９’で示すように、側辺部１９の幅Ｔをみかけ上Ｔ１まで長くした場合と等価と考えられる。従って、本実施例の圧電振動片１１は、緩和振動数ｆ１０が、ｆ１０＝１／２πτ１となり、τ１＜τ０であるから、第１実施例の場合の緩和振動数ｆ０＝１／２πτ０よりも低くなる。
【００４５】
これを、図１０の周波数とＱ値との関係で見ると、曲線Ｆ自体の形は変わらないから、緩和振動数の低下に伴って、曲線Ｆが曲線Ｆ１の位置まで周波数の低下方向にシフトしたことになる。従って、所望の使用周波数が振動数ｆ０よりも高い範囲では、Ｑ値は常に、第１実施例における極小値Ｑ０よりも高くなる。このように本実施例の圧電振動片１１は、側辺部１９に有底溝２３，２４を設けることによって、振動エネルギの機械的損失の抑制に加えて、熱弾性損失を抑制し、Ｑ値をより改善して高性能化を実現することができる。また、これらの有底溝は、側辺部１９の表裏主面のいずれか一方にのみ設けた場合も、同様の作用効果を得ることができる。
【００４６】
尚、一般に緩和振動数ｆmは、次式で求められることが知られている。
【００４７】
ｆm＝πｋ／（２ρＣｐａ２） …（１）
ここで、πは円周率、ｋは振動腕の振動方向の熱伝導率、ρは振動腕の質量密度、Ｃｐは振動腕の熱容量、ａは振動腕の振動方向の幅である。上記式（１）中の熱伝導率ｋ、質量密度ρ、熱容量Ｃｐに、振動腕の材料自体の定数を入力して求められる緩和振動数ｆmは、振動腕の表裏主面に、例えば図２の長溝１６，１７のような溝を有しない場合の緩和振動数である。
【００４８】
図３（Ａ）（Ｂ）は、第１実施例の別の変形例を示している。この変形例は、側辺部１９に、有底溝に代えて、その表裏を貫通する溝２５が形成されている点において、図２の実施例とは異なる。この貫通溝２５により、側辺部１９は、その幅方向内側の部分２０（２１）と外側の部分２２とが分離されている。
【００４９】
図２の実施例と同様に、前記振動腕を水平方向に互いに接近又は離反する向きに屈曲振動させると、側辺部１９は水平方向に屈曲変形する。前記側辺部の内部には、その屈曲の向きに応じて、圧縮応力と引張応力とが発生する。側辺部１９の圧縮応力が作用する圧縮部分は温度が上昇し、引張応力が作用する伸張部分は温度が下降する。
【００５０】
図３（Ｂ）は、前記振動腕が互いに離反する向きに屈曲して、側辺部１９の幅方向内側が圧縮され、かつ外側が伸張する場合を示している。図中、温度上昇の程度を＋符号の数で、温度下降の程度を−符号の数で示す。側辺部１９を全体として見ると、圧縮側の部分２０（２１）は温度が上昇し、伸張側の部分２２は温度が下降する。本実施例では、貫通溝２５を設けたことによって、側辺部１９の幅方向内側の部分２０（２１）と外側の部分２２との間で熱伝達は起こらない。
【００５１】
局所的に見ると、側辺部１９の幅方向に溝２５を挟んで振動片本体側の部分では、その幅方向内側と溝２５側とで作用する圧縮応力の大きさに差が生じる。その結果、この振動片本体側の部分は、圧縮応力がより大きい内側即ち振動片本体側で、温度がより高く上昇し、それよりも圧縮応力が低い溝２５側で、温度上昇が小さい。従って、この部分の内部では、その相対的な温度上昇の差によって、内側（＋＋）から溝２５側（＋）に向けて温度勾配が生じ、その温度傾斜に沿って熱伝達が起こる。
【００５２】
同様に、側辺部１９の幅方向に溝２５を挟んで振動片本体とは反対側の部分でも、その幅方向外側と溝２５側とで作用する引張応力の大きさに差が生じる。その結果、この振動片本体とは反対側の部分は、引張応力がより大きい外側即ち振動片本体とは反対側で、温度がより低く下降し、それよりも引張応力が低い溝２５側で、温度下降が小さい。従って、この部分の内部では、その相対的な温度上昇の差によって、溝２５側（−）から外側（−−）に向けて温度勾配が生じ、その温度傾斜に沿って熱伝達が起こる。
【００５３】
逆に、前記振動腕が互いに接近する向きに屈曲する場合には、側辺部１９の幅方向内側が伸張し、かつ外側が圧縮される。従って、側辺部１９を全体として見ると、圧縮側の部分２２で温度が上昇し、伸張側の部分２０、２１で温度が下降する。側辺部１９の幅方向に溝２５を挟んでその両側の各部分を局所的に見ると、それぞれ外側から溝２５側に向けて及び溝２５側から内側に向けて温度勾配が生じ、その温度傾斜に沿って熱伝達が起こる。
【００５４】
本実施例では、貫通溝２５によって、側辺部１９の幅方向にその両側の各部分内部の熱伝達経路が第１実施例の場合よりも大幅に短い。その結果、これら各部分において温度が平衡状態になるまでの緩和時間τ２は、前記貫通溝を有しない第１実施例の緩和時間τ０よりも短くなる。これは、側辺部１９の幅Ｔをみかけ上、貫通溝２５によって分離された各部分の幅Ｔ２まで短くした場合と等価と考えることができる。従って、本実施例の圧電振動片は、緩和振動数ｆ２０が、ｆ２０＝１／２πτ２となり、τ２＜τ０であるから、第１実施例の緩和振動数ｆ０＝１／２πτ０よりも大きくなる。
【００５５】
これを、図１０の周波数とＱ値との関係で見ると、曲線Ｆ自体の形は変わらないから、緩和振動数の増大に伴って、曲線Ｆが曲線Ｆ２の位置まで周波数の増加方向にシフトしたことになる。従って、所望の使用周波数が振動数ｆ０よりも低い範囲では、Ｑ値は常に、第１実施例の極小値Ｑ０よりも高くなる。このように本実施例においても、側辺部１９に貫通溝２５を設けることによって、図２の変形例と同様に、振動エネルギの機械的損失の抑制に加えて、熱弾性損失を抑制し、Ｑ値をより改善して高性能化を実現することができる。
【００５６】
図４は、第１実施例又はその上記各変形例の圧電振動片１１を備えた圧電デバイスの実施例を示している。この圧電デバイス３１は、絶縁材料の薄板を積層した矩形箱型のベース３２と、平板状のリッド３３とを備える。圧電振動片１１は、ベース３２の空所３４内に、枠体１８の側辺部１９に隣接する両側辺部を導電性接着剤等でマウント３５，３６に固定して実装する。ベース３２の上端にリッド３３を接合することにより、圧電振動片１１は圧電デバイス３１の内部に気密に封止される。また、ベース３２及びリッド３３は、本実施例とは異なる形態にすることができる。例えば、ベース３２を平板状にかつリッド３３を箱型に形成し、又は前記ベース及びリッド双方共に箱型に形成して、その内部に圧電振動片１１を実装するための空所を画定することができる。
【００５７】
図５（Ａ）は、本発明を適用した圧電振動片の第２実施例の構成を概略的に示している。第１実施例と同様に、本実施例の圧電振動片４１は、連結部４２と、該連結部から延出する２本の平行な振動腕４３，４４と、１本の中央支持腕４５とからなる振動片本体を備える。中央支持腕４５は、連結部４２から前記両振動腕の間を該振動腕と等間隔をもって平行に延長する。各振動腕４３，４４の表裏各主面には、ＣＩ値を抑制するために、それぞれ長手方向に沿って１本の直線状の長溝４６，４７が形成されている。
【００５８】
更に圧電振動片４１は、前記振動片本体の外側に配置された矩形の枠体４８を備える。本実施例の枠体４８は、その内側に対向する図中左右１対の側辺部の間を延長する直線状のバーからなる支持部４９を有する。支持部４９は、枠体４８の一方（図中上側）の側辺部に近接して該側辺部と平行に配置されている。中央支持腕４５は、その先端部４５ａ即ち連結部４２とは反対側の端部において、支持部４９に一体に結合する。これにより、前記振動片本体は枠体４８に片持ちに支持されている。
【００５９】
本実施例の圧電振動片４１も、従来の音叉型水晶振動片と同様に、所謂Ｚカットの水晶薄板から、水晶結晶軸のＹ軸を前記振動腕の長手方向に、Ｘ軸をその幅方向に、Ｚ軸を前記振動片の表裏主面の垂直方向にそれぞれ配向して形成される。別の実施例では、圧電振動片４１を水晶以外の圧電材料で形成することができる。
【００６０】
図示しないが、溝４６，４７の内面を含む各振動腕４３，４４の表面には、励振電極が形成されている。上述したように圧電振動片４１を中央支持腕４５で枠体４８の支持部４９により片持ちに支持した状態で、前記励振電極に所定の電圧を印加すると、前記両振動腕は水平方向に、図中矢印で示すように互いに接近又は離反する向きに屈曲振動する。
【００６１】
この屈曲振動によって、枠体４８の支持部４９は水平方向に屈曲変形する。図５（Ｂ）に示すように、振動腕４３，４４が互いに離反する向きに屈曲すると、連結部４２が全体として中央支持腕４５の先端部４５ａ側に湾曲する。従って、前記中央支持腕には、これを前記先端部側に圧縮する応力が作用し、支持部４９を枠体４８の近接する前記側辺部側に向けて屈曲させる。これにより、支持部４９に沿ってその幅方向内側には、特に中央支持腕４５を接続する部分４５´に近い範囲の部分５０，５１に圧縮応力が作用する。支持部４９に沿ってその幅方向外側には、部分４５´を中心に該支持部の両端に向けて概ね部分５０，５１に対応する範囲の部分５２に、引張応力が作用する。更に、支持部４９の枠体４８の側辺部との接続部分付近には、その幅方向内側の部分５３，５４に引張応力が作用し、かつ外側の部分５５，５６に圧縮応力が作用する。
【００６２】
逆に、前記振動腕が互いに接近する向きに屈曲すると、図５（Ｃ）に示すように、連結部４２が、全体として中央支持腕４５の先端部４５ａとは反対側に湾曲する。前記中央支持腕には、これを前記先端部側から引っ張る応力が作用し、支持部４９を前記振動片本体側に向けて屈曲させる。これにより、支持部４９に沿ってその幅方向内側には、中央支持腕４５を接続する部分４５´に近い範囲の部分５０，５１に引張応力が作用する。支持部４９に沿ってその幅方向外側には、部分４５´を中心に該支持部の両端に向けて概ね部分５０，５１に対応する範囲の部分５２に圧縮応力が作用する。更に、支持部４９の枠体４８の側辺部との接続部分付近には、その幅方向内側の部分５３，５４に圧縮応力が作用し、かつ外側の部分５５，５６に引張応力が作用する。
【００６３】
これに対し、枠体４８の各側辺部には、振動腕４３，４４の屈曲振動による圧縮応力及び引張応力がほとんど発生しないことが分かった。従って、圧電振動片４１は、枠体４８の側辺部でパッケージ等に固定支持することにより、前記振動腕の振動漏れを防止又は抑制し、その性能向上を図ることができる。
【００６４】
図６は、第２実施例の変形例を示している。この変形例の圧電振動片４１は、支持部４９に沿って溝５７〜６０が形成されている点において、第２実施例と異なる。溝５７〜６０は、第２実施例に関連して上述したように、振動腕４３，４４の屈曲振動による圧縮応力及び引張応力が交互に発生する支持部４９の幅方向内側の部分５０，５１と外側の部分５２との間及び幅方向内側の部分５３，５４と外側の部分５５，５６との間に、それぞれ支持部４９の両辺縁から等距離に配置される。
【００６５】
図６（Ｃ）は、前記振動腕が互いに離反する向きに屈曲することにより、支持部４９の幅方向内側の部分５０（５１）が圧縮側となりかつ外側の部分５２が伸張側となる場合を、図６（Ｄ）は、支持部４９の幅方向外側の部分５５（５６）が圧縮側となりかつ内側の部分５３（５４）が伸張側となる場合を示している。図６（Ｃ）（Ｄ）に示すように、溝５７〜６０は、前記支持部４９の表裏各主面から同じ深さを有する有底の溝である。図中、＋の符号は温度上昇を、−の符号は温度下降を示す。溝５７（５８）を挟んで、圧縮側の部分５０（５１）は温度が上昇し、伸張側の部分５２は温度が下降する。同様に溝５９（６０）を挟んで、圧縮側の部分５５（５６）は温度が上昇し、伸張側の部分５３（５４）は温度が下降する。これらの温度勾配によって、圧縮側（＋）の部分５０（５１）及び５５（５６）から溝５７（５８）及び５９（６０）の部分を通って伸張側（−）の部分５２及び５３（５４）へと、それぞれ熱伝達が起こる。
【００６６】
逆に、前記振動腕が互いに接近する向きに屈曲すると、支持部４９の幅方向内側の部分５０，５１及び外側の部分５５，５６が伸張側となり、かつ幅方向外側の部分５２及び内側の部分５３，５４が圧縮側となる。圧縮側の部分５２〜５４では温度が上昇し、伸張側の部分５０，５１，５５，５６では温度が下降する。この温度勾配によって、圧縮側の部分５２及び５３，５４からそれぞれ溝５７，５８及び溝５９，６０の部分を通って伸張側の部分５０，５１及び５５，５６へと、逆向きに熱伝達が起こる。このように、支持部４９に沿って幅方向内側の部分５０，５１，５３，５４と外側の部分５２，５５，５６との間では、前記振動腕が互いに接近又は離反する向きによってそれぞれ温度勾配が生じ、それらの温度傾斜に沿って熱伝達が起こる。
【００６７】
支持部４９の幅方向内側の部分５０，５１及び５３，５４と外側の部分５２及び５５，５６との間の熱伝達経路は、それぞれ途中が溝５７〜６０によって狭められている。その結果、部分５０，５１と部分５２との間及び部分５５，５６と部分５３，５４との間で、それぞれ温度が平衡状態になるまでの緩和時間τ１は、支持部４９に前記溝を有しない第２実施例の場合の緩和時間τ０よりも長くなる。これは、図６（Ｃ）（Ｄ）にそれぞれ想像線４９’，４９”で示すように、支持部４９の幅Ｔをみかけ上Ｔ１まで長くした場合と等価と考えられる。従って、本実施例の圧電振動片４１は、緩和振動数ｆ１０が、ｆ１０＝１／２πτ１となり、τ１＜τ０であるから、第２実施例の場合の緩和振動数ｆ０＝１／２πτ０よりも低くなる。
【００６８】
これを、図１０の周波数とＱ値との関係で見ると、曲線Ｆ自体の形は変わらないから、緩和振動数の低下に伴って、曲線Ｆが曲線Ｆ１の位置まで周波数の低下方向にシフトしたことになる。従って、所望の使用周波数が振動数ｆ０よりも高い範囲では、Ｑ値は常に、第２実施例における極小値Ｑ０よりも高くなる。このように本実施例の圧電振動片４１は、支持部４９に有底溝５７〜６０を設けることによって、振動エネルギの機械的損失の抑制に加えて、熱弾性損失を抑制し、Ｑ値をより改善して高性能化を実現することができる。この有底溝は、支持部４９の表裏主面のいずれか一方にのみ設けても、同様の作用効果が得られる。
【００６９】
図７（Ａ）（Ｂ）は、第２実施例の別の変形例を示している。この変形例は、支持部４９に、有底溝に代えて、その表裏を貫通する溝６１，６２が形成されている点において、図６の実施例とは異なる。この貫通溝６１，６２により、支持部４９は、その幅方向内側の部分５０（５１）、５３（５４）と外側の部分５２，５５（５６）とが分離されている。
【００７０】
図６の実施例と同様に、前記振動腕を水平方向に互いに接近又は離反する向きに屈曲振動させると、支持部４９は水平方向に屈曲変形する。前記支持部の内部には、その屈曲の向きに応じて、圧縮応力と引張応力とが発生する。支持部４９の圧縮応力が作用する圧縮部分は温度が上昇し、引張応力が作用する伸張部分は温度が下降する。
【００７１】
図７（Ｂ）は、前記振動腕が互いに離反する向きに屈曲して、支持部４９の中央支持腕４５との接続部分４５´付近において、その幅方向内側の部分５０（５１）が圧縮側となりかつ外側の部分５２が伸張側となる場合を、図７（Ｃ）は、前記支持部の枠体４８の側辺部との接続部分付近において、その幅方向外側の部分５５（５６）が圧縮側となりかつ内側の部分５３（５４）が伸張側となる場合を示している。図中、温度上昇の程度を＋符号の数で、温度下降の程度を−符号の数で示す。支持部４９を全体として見ると、圧縮側の部分５０（５１），５５（５６）は温度が上昇し、伸張側の部分５２，５３（５４）は温度が下降する。本実施例では、貫通溝６１，６２を設けたことによって、支持部４９の幅方向内側の部分５０（５１）、５３（５４）と外側の部分５２，５５（５６）との間で熱伝達は起こらない。
【００７２】
局所的に見ると、支持部４９の幅方向に溝６１を挟んで振動片本体側の部分では、その幅方向内側と溝６１側とで作用する圧縮応力の大きさに差が生じる。その結果、この振動片本体側の部分は、図７（Ｂ）に示すように、圧縮応力がより大きい内側即ち振動片本体側で、温度がより高く上昇し、それより圧縮応力が低い溝６１側で、温度上昇が小さい。従って、この部分の内部では、その相対的な温度上昇の差によって、内側（＋＋）から溝６１側（＋）に向けて温度勾配が生じ、その温度傾斜に沿って熱伝達が起こる。
【００７３】
同様に、支持部４９の幅方向に溝６１を挟んで振動片本体とは反対側の部分でも、その幅方向外側と溝６１側とで作用する引張応力の大きさに差が生じる。その結果、この振動片本体とは反対側の部分は、引張応力がより大きい外側即ち振動片本体とは反対側で、温度がより低く下降し、それよりも引張応力が低い溝６１側で、温度下降が小さい。従って、この部分の内部では、その相対的な温度上昇の差によって、溝６１側（−）から外側（−−）に向けて温度勾配が生じ、その温度傾斜に沿って熱伝達が起こる。
【００７４】
また、支持部４９の幅方向に溝６２を挟んで振動片本体とは反対側の部分では、その幅方向外側と溝６２側とで作用する圧縮応力の大きさに差が生じる。その結果、この振動片本体とは反対側の部分は、図７（Ｃ）に示すように、圧縮応力がより大きい外側即ち振動片本体側とは反対で、温度がより高く上昇し、それより圧縮応力が低い溝６２側で、温度上昇が小さい。従って、この部分の内部では、その相対的な温度上昇の差によって、内側（＋＋）から溝６２側（＋）に向けて温度勾配が生じ、その温度傾斜に沿って熱伝達が起こる。
【００７５】
同様に、支持部４９の幅方向に溝６２を挟んで振動片本体側の部分でも、その幅方向内側と溝６２側とで作用する引張応力の大きさに差が生じる。その結果、この振動片本体側の部分は、引張応力がより大きい外側即ち振動片側で、温度がより低く下降し、それよりも引張応力が低い溝６２側で、温度下降が小さい。従って、この部分の内部では、その相対的な温度上昇の差によって、溝６２側（−）から内側（−−）に向けて温度勾配が生じ、その温度傾斜に沿って熱伝達が起こる。
【００７６】
逆に、前記振動腕が互いに接近する向きに屈曲すると、支持部４９の中央支持腕４５との接続部分４５´付近において、その幅方向に内側が伸張し、かつ外側が圧縮される。前記支持部の枠体４８の側辺部との接続部分付近では、その幅方向に内側が圧縮され、かつ外側が伸張する。従って、支持部４９を全体として見ると、圧縮側の部分５２〜５４で温度が上昇し、伸張側の部分５０，５１，５５，５６で温度が下降する。
【００７７】
局所的に見ると、支持部４９の幅方向に溝６１を挟んで振動片本体とは反対側の部分では、その幅方向外側と溝６１側とで作用する圧縮応力の大きさに差が生じる。その結果、この振動片本体とは反対側の部分は、圧縮応力がより大きい外側即ち振動片本体とは反対側で、温度がより高く上昇し、それより圧縮応力が低い溝６１側で、温度上昇が小さい。従って、この部分の内部では、その相対的な温度上昇の差によって、外側から溝６１側に向けて温度勾配が生じ、その温度傾斜に沿って熱伝達が起こる。
【００７８】
同様に、支持部４９の幅方向に溝６１を挟んで振動片本体側の部分でも、その幅方向内側と溝６１側とで作用する引張応力の大きさに差が生じる。その結果、この振動片本体側の部分は、引張応力がより大きい内側即ち振動片本体側で、温度がより低く下降し、それよりも引張応力が低い溝６１側で、温度下降が小さい。従って、この部分の内部では、その相対的な温度上昇の差によって、溝６１側から内側に向けて温度勾配が生じ、その温度傾斜に沿って熱伝達が起こる。
【００７９】
更に、支持部４９の幅方向に溝６２を挟んで振動片本体側の部分では、その幅方向内側と溝６１側とで作用する圧縮応力の大きさに差が生じる。その結果、この振動片本体側の部分は、圧縮応力がより大きい内側即ち振動片本体側で、温度がより高く上昇し、それより圧縮応力が低い溝６２側で、温度上昇が小さい。従って、この部分の内部では、その相対的な温度上昇の差によって、内側から溝６２側に向けて温度勾配が生じ、その温度傾斜に沿って熱伝達が起こる。
【００８０】
同様に、支持部４９の幅方向に溝６２を挟んで振動片本体とは反対側の部分でも、その幅方向外側と溝６２側とで作用する引張応力の大きさに差が生じる。その結果、この振動片本体とは反対側の部分は、引張応力がより大きい外側即ち振動片本体とは反対側で、温度がより低く下降し、それよりも引張応力が低い溝６２側で、温度下降が小さい。従って、この部分の内部では、その相対的な温度上昇の差によって、溝６２側から外側に向けて温度勾配が生じ、その温度傾斜に沿って熱伝達が起こる。
【００８１】
本実施例では、貫通溝６１，６２によって、該溝を挟んで支持部４９の幅方向内側及び外側の各部分の内部の熱伝達経路が、第２実施例よりも大幅に短い。その結果、これら各部分において温度が平衡状態になるまでの緩和時間τ２は、前記貫通溝を有しない第２実施例の場合の緩和時間τ０よりも短くなる。これは、支持部４９の幅Ｔをみかけ上、貫通溝６１，６２によって分離された各部分の幅Ｔ２まで短くした場合と等価と考えられる。従って、本実施例の圧電振動片は、緩和振動数ｆ２０が、ｆ２０＝１／２πτ２となり、τ２＜τ０であるから、従来構造の緩和振動数ｆ０＝１／２πτ０よりも高くなる。
【００８２】
これを、図１０の周波数とＱ値との関係で見ると、曲線Ｆ自体の形は変わらないから、緩和振動数の上昇に伴って、曲線Ｆが曲線Ｆ２の位置まで周波数の増加方向にシフトしたことになる。従って、所望の使用周波数が振動数ｆ０よりも低い範囲では、Ｑ値は常に、第２実施例の極小値Ｑ０よりも高くなる。このように本変形例においても、支持部４９に貫通溝６１，６２を設けることによって、図６の変形例と同様に、振動エネルギの機械的損失の抑制に加えて、熱弾性損失を抑制し、Ｑ値をより改善して高性能化を実現することができる。
【００８３】
図８は、第２実施例又はその上記各変形例の圧電振動片４１を備えた圧電デバイスの実施例を示している。この圧電デバイス７１は、圧電振動片４１の下側に配置される平板状のベース７２と、該圧電振動片の上側に配置される平板状のリッド７３とを備える。圧電振動片４１は、枠体４８の下面及び上面において、それぞれ低融点ガラス等の封止材７４，７５でベース７２及びリッド７３と気密に接合される。これにより、前記振動片本体は、支持部４９に片持ちに支持されて、圧電デバイス７１内部に気密に封止される。また、ベース７２及びリッド７３は、平板状のものに限定されない。例えば、圧電振動片４１の枠体４８と接合される前記ベース及び／又はリッドの周縁部分を厚肉に形成したり、圧電振動片との対向面又は外面に溝や凹み又は凸部を形成したものであってもよい。
【００８４】
図９は、第２実施例又はその上記各変形例の圧電振動片４１を備えた圧電デバイスの別の実施例を示している。この圧電デバイス８１は、絶縁材料の薄板を積層した矩形箱型のベース８２と、平板状のリッド８３とを備える。圧電振動片４１は、ベース８２の空所８４内に、枠体４８を導電性接着剤等でマウント８５，８６に固定して実装する。ベース８２の上端にリッド８３を接合することにより、圧電振動片４１が圧電デバイス８１内部に気密に封止される。また、ベース８２及びリッド８３は、本実施例と異なる形態にすることができる。例えば、ベース８２を平板状にかつリッド８３を箱型に形成し、又は前記ベース及びリッド双方共に箱型に形成して、その内部に圧電振動片４１を実装するための空所を画定することができる。
【００８５】
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、本発明は、連結部から３本以上の振動腕が延出する構造の圧電振動片についても、同様に適用することができる。また、上記各実施例の屈曲振動片は、圧電材料で一体に形成したものだけでなく、シリコン半導体等の材料を使用し、その表面に圧電板材を設けたものであってもよい。更に、本発明は、圧電駆動型の屈曲振動片だけでなく、静電駆動型や磁気駆動型のものについても同様に適用することができる。その場合、圧電材料以外にシリコン半導体などの様々な公知の材料を用いて屈曲振動片を形成することができる。また、本発明の屈曲振動片は、圧電デバイス以外の様々な電子部品に適用することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１，１１，４１…圧電振動片、２，１２，４２…連結部、３，４，１３，１４，４３，４４…振動腕、５，１５，４５…中央支持腕、５ａ，１５ａ，４５ａ…先端部、６，７，１６，１７，４６，４７…長溝、８…マウント部、１８，４８…枠体、１９…側辺部、２０〜２２，５０〜５６…部分、２３〜２５，５７〜６２…溝、３１，７１，８１…圧電デバイス、３２，７２，８２…ベース、３３，７３，８３…リッド、３４，８４…空所、３５，３６，８５，８６…マウント、４９…支持部、７４，７５…封止材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の平行な振動腕、前記振動腕を結合する連結部、及び前記連結部から前記振動腕の間にそれらと等間隔をもって平行に延出する１本の中央支持腕からなる振動片本体と、前記振動片本体の外側に配置された枠体とを備え、前記振動片本体が、前記中央支持腕の前記連結部とは反対側の端部で前記枠体により支持されていることを特徴とする屈曲振動片。
【請求項２】
前記振動片本体を支持するために、前記中央支持腕の前記連結部とは反対側の前記端部が、前記枠体の１側辺部に直接結合されていることを特徴とする請求項１記載の屈曲振動片。
【請求項３】
前記枠体の前記中央支持腕を結合した前記側辺部がその表裏主面の少なくとも一方に形成された溝を有し、前記溝が、前記側辺部に沿ってその幅方向内側と外側とで前記振動腕の屈曲振動による圧縮応力と引張応力とが交互に発生する範囲に配置されていることを特徴とする請求項２記載の屈曲振動片。
【請求項４】
前記溝が、前記側辺部に沿って該側辺部の両端と前記中央支持腕を接続する部分との間の範囲に形成されることを特徴とする請求項３記載の屈曲振動片。
【請求項５】
前記溝が有底の溝であることを特徴とする請求項３又は４記載の屈曲振動片。
【請求項６】
前記溝が貫通溝であることを特徴とする請求項３又は４記載の屈曲振動片。
【請求項７】
前記枠体が、該枠体の内側にその対向する１対の側辺部の間を延長する支持部を有し、前記振動片本体を支持するために、前記中央支持腕の前記連結部とは反対側の前記端部が前記支持部に結合されていることを特徴とする請求項１記載の屈曲振動片。
【請求項８】
前記支持部がその表裏主面の少なくとも一方に形成した溝を有し、前記溝が、前記支持部に沿って前記支持部の振動片本体側とその反対側とで前記振動腕の屈曲振動による圧縮応力と引張応力とが交互に発生する範囲に配置されていることを特徴とする請求項７記載の屈曲振動片。
【請求項９】
前記溝が、前記支持部に沿って該支持部の両端と前記中央支持腕を接続する部分との間の範囲に形成されることを特徴とする請求項８記載の屈曲振動片。
【請求項１０】
前記溝が有底の溝であることを特徴とする請求項８又は９記載の屈曲振動片。
【請求項１１】
前記溝が貫通溝であることを特徴とする請求項８又は９記載の屈曲振動片。
【請求項１２】
請求項１乃至６のいずれか記載の屈曲振動片と、ベースと、リッドとを備え、前記屈曲振動片を前記ベース上に配置し、かつ前記枠体の前記中央支持腕を結合した前記側辺部とは異なる側辺部で前記ベースに固定し、前記リッドを前記ベースに接合してその内部に前記屈曲振動片を気密に封止したことを特徴とする電子部品。
【請求項１３】
請求項７乃至１１のいずれか記載の屈曲振動片と、ベースと、リッドとを備え、前記屈曲振動片の前記枠体の下面に前記ベースを接合しかつ前記枠体の上面に前記リッドを接合して、その内部に前記屈曲振動片を気密に封止したことを特徴とする電子部品。
【請求項１４】
請求項７乃至１１のいずれか記載の屈曲振動片と、ベースと、リッドとを備え、前記屈曲振動片を前記ベース上に配置しかつ前記枠体の側辺部で前記ベースに固定し、前記リッドを前記ベースに接合してその内部に前記屈曲振動片を気密に封止したことを特徴とする電子部品。
【請求項１】
複数本の平行な振動腕、前記振動腕を結合する連結部、及び前記連結部から前記振動腕の間にそれらと等間隔をもって平行に延出する１本の中央支持腕からなる振動片本体と、前記振動片本体の外側に配置された枠体とを備え、前記振動片本体が、前記中央支持腕の前記連結部とは反対側の端部で前記枠体により支持されていることを特徴とする屈曲振動片。
【請求項２】
前記振動片本体を支持するために、前記中央支持腕の前記連結部とは反対側の前記端部が、前記枠体の１側辺部に直接結合されていることを特徴とする請求項１記載の屈曲振動片。
【請求項３】
前記枠体の前記中央支持腕を結合した前記側辺部がその表裏主面の少なくとも一方に形成された溝を有し、前記溝が、前記側辺部に沿ってその幅方向内側と外側とで前記振動腕の屈曲振動による圧縮応力と引張応力とが交互に発生する範囲に配置されていることを特徴とする請求項２記載の屈曲振動片。
【請求項４】
前記溝が、前記側辺部に沿って該側辺部の両端と前記中央支持腕を接続する部分との間の範囲に形成されることを特徴とする請求項３記載の屈曲振動片。
【請求項５】
前記溝が有底の溝であることを特徴とする請求項３又は４記載の屈曲振動片。
【請求項６】
前記溝が貫通溝であることを特徴とする請求項３又は４記載の屈曲振動片。
【請求項７】
前記枠体が、該枠体の内側にその対向する１対の側辺部の間を延長する支持部を有し、前記振動片本体を支持するために、前記中央支持腕の前記連結部とは反対側の前記端部が前記支持部に結合されていることを特徴とする請求項１記載の屈曲振動片。
【請求項８】
前記支持部がその表裏主面の少なくとも一方に形成した溝を有し、前記溝が、前記支持部に沿って前記支持部の振動片本体側とその反対側とで前記振動腕の屈曲振動による圧縮応力と引張応力とが交互に発生する範囲に配置されていることを特徴とする請求項７記載の屈曲振動片。
【請求項９】
前記溝が、前記支持部に沿って該支持部の両端と前記中央支持腕を接続する部分との間の範囲に形成されることを特徴とする請求項８記載の屈曲振動片。
【請求項１０】
前記溝が有底の溝であることを特徴とする請求項８又は９記載の屈曲振動片。
【請求項１１】
前記溝が貫通溝であることを特徴とする請求項８又は９記載の屈曲振動片。
【請求項１２】
請求項１乃至６のいずれか記載の屈曲振動片と、ベースと、リッドとを備え、前記屈曲振動片を前記ベース上に配置し、かつ前記枠体の前記中央支持腕を結合した前記側辺部とは異なる側辺部で前記ベースに固定し、前記リッドを前記ベースに接合してその内部に前記屈曲振動片を気密に封止したことを特徴とする電子部品。
【請求項１３】
請求項７乃至１１のいずれか記載の屈曲振動片と、ベースと、リッドとを備え、前記屈曲振動片の前記枠体の下面に前記ベースを接合しかつ前記枠体の上面に前記リッドを接合して、その内部に前記屈曲振動片を気密に封止したことを特徴とする電子部品。
【請求項１４】
請求項７乃至１１のいずれか記載の屈曲振動片と、ベースと、リッドとを備え、前記屈曲振動片を前記ベース上に配置しかつ前記枠体の側辺部で前記ベースに固定し、前記リッドを前記ベースに接合してその内部に前記屈曲振動片を気密に封止したことを特徴とする電子部品。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１７１９６６（Ｐ２０１０−１７１９６６Ａ）
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９５８３７（Ｐ２００９−２９５８３７）
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
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