振動片、振動子、発振器、電子機器
【課題】二次モードを抑制した振動片を実現する。
【解決手段】振動片１０は、基部１１と、基部１１の基端部１１ａから延在された振動腕１２，１３と、振動腕１２，１３の第１主面１０ａと第２主面１０ｂに、基端部１１ａから振動腕長さＬａの約５０％の範囲内に設けられる励振電極３０，３１，４０，４１と、励振電極３０，３１，４０，４１に接続され、かつ振動腕１２，１３の先端部に設けられた容量部３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂと、を有する。このことによって、二次モードのインピーダンスを増加させ、並列容量Ｃｄを容量部３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂがない場合よりも大きくすることにより、二次モードの電気機械結合係数Ｋ2には影響を与えずに、一次モードのインピーダンスが高くなりすぎることを抑制し、安定した一次モードの励振を実現する。
【解決手段】振動片１０は、基部１１と、基部１１の基端部１１ａから延在された振動腕１２，１３と、振動腕１２，１３の第１主面１０ａと第２主面１０ｂに、基端部１１ａから振動腕長さＬａの約５０％の範囲内に設けられる励振電極３０，３１，４０，４１と、励振電極３０，３１，４０，４１に接続され、かつ振動腕１２，１３の先端部に設けられた容量部３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂと、を有する。このことによって、二次モードのインピーダンスを増加させ、並列容量Ｃｄを容量部３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂがない場合よりも大きくすることにより、二次モードの電気機械結合係数Ｋ2には影響を与えずに、一次モードのインピーダンスが高くなりすぎることを抑制し、安定した一次モードの励振を実現する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動片と、この振動片を有する振動子、発振器、および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
音叉形振動子において、基本振動モードとして、屈曲一次モードを利用するもの、屈曲
二次モードを利用するもの、さらに高次モードを利用するものがある。特に屈曲二次モー
ドにおいて十分な励振を行えるようするために、２本の振動腕寄りの主面上で隣接する逆
極性の励振電極の境界を振動腕長手方向に対して斜めに形成し、かつ振動腕基部の主面上
の各励振電極間に補助電極を設け、有効な励振電極長を長くした振動子が知られている（
例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５９−２１８０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような特許文献１では、有効な励振電極長を長くしてＣＩ値（インピーダンス）を
低減することによって、屈曲二次モードの励振効率を高めることが可能となる。しかし、
屈曲一次モードを基本モードとする場合においては、例えば、屈曲二次モードのＣＩ値が
低いと、同じ二次モードでスプリアス発振を起こすことがあり、スプリアスとしての屈曲
二次モードは抑制されなければならないという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の
形態または適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例に係る振動片は、基部と、前記基部の基端部から第１方向に延在
されている振動腕と、前記振動腕の主面に設けられている励振電極と、を有し、前記励振
電極は、前記基端部から前記振動腕の前記第１方向の長さの５０％までの範囲内に設けら
れ、前記励振電極には、容量部が接続されることを有することを特徴とする。
【０００７】
本適用例によれば、励振電極を、基端部から振動腕の長さの約５０％の範囲内に設ける
ことにより、振動の一次モードの等価直列容量よりも二次モードにおける等価直列容量を
小さくすることができる。その結果、二次モードのインピーダンスを高くすること、二次
モードの電気機械結合係数Ｋ2を小さくすることで、二次モードの励振強度を抑制するこ
とができる。
【０００８】
二次モードにおける等価直列容量を小さくすると、一次モードのインピーダンスが高く
なり、一次モードの励振強度が低下する。インピーダンスは、等価回路における並列容量
の逆数に比例する。よって、励振電極に接続される容量部を設けることにより、等価回路
における並列容量を増加させ、二次モードの電気機械結合係数Ｋ2には影響を与えずに、
一次モードのインピーダンスが高くなりすぎることを抑制し、安定した一次モードの励振
強度を実現できる。
【０００９】
［適用例２］上記適用例に係る振動片において、前記振動腕の前記第１方向の長さＬａ
に対する前記基端部から前記励振電極の前記基端部と反対側の端部までの長さＬｂの比Ｌ
ｂ／Ｌａが、０．３４≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．４６の範囲にあること、が好ましい。
【００１０】
振動腕長さＬａと励振電極長さＬｂの比を、０．３４≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．４６とするこ
とで、二次モードの等価直列容量を一次モードの等価直列容量に対して５％以下にするこ
とができ、一次モードに対して、二次モードの励振をさらに抑制することができる。
【００１１】
［適用例３］上記適用例に係る振動片において、前記振動腕の前記第１方向の長さＬａ
に対する前記基端部から前記励振電極の前記基端部と反対側の端部までの長さＬｂの比Ｌ
ｂ／Ｌａが、０．３８≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．４２の範囲にあること、
前記振動腕の長さＬａに対する、前記基端部からの前記励振電極の長さＬｂの比Ｌｂ／Ｌ
ａが、０．３８≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．４２の範囲にあることが、より一層好ましい。
【００１２】
振動腕長さＬａと励振電極の長さＬｂの比を、０．３８≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．４２とする
ことで、二次モードの等価直列容量を一次モードの等価直列容量に対して１％以下にする
ことができ、一次モードに対して、二次モードの励振をほぼ除去することができる。
【００１３】
［適用例４］上記適用例に係る振動片は、前記容量部は、前記励振電極の前記基端部と
反対側の端部から前記振動腕の先端までの領域の少なくとも一部に設けられている、こと
が好ましい。
【００１４】
容量部の配置は、振動腕の振動に影響を与えない位置であれば特に限定されず、振動腕
の先端部や基部に設けることが可能である。そこで、容量部を振動腕の先端部に設ければ
、容量部を共振周波数の調整や、質量バランスをとるためのトリミング電極として用いる
ことができるという効果を有する。
【００１５】
［適用例５］上記適用例に係る振動片において、前記励振電極は、前記振動腕の側面に
設けられた側面電極を含み、前記容量部と前記側面電極との間で浮遊容量が生じているこ
とが好ましい。
【００１６】
前述したように、等価回路における並列容量を増加させることで安定した一次モードの
励振強度を実現できる。そこで、容量部と側面電極との間に生ずる浮遊容量によって、並
列容量を増加させることが可能であって、詳しくは実施の形態で説明するが、容量部と側
面電極との距離、並行する長さによって浮遊容量を適切な大きさに決定することができる
。
【００１７】
［適用例６］本適用例に係る振動子は、上記適用例のいずれかに記載の振動片と、前記
振動片が格納されたパッケージと、を有することを特徴とする。
【００１８】
振動片は、例えば、セラミック等で形成されたパッケージ内に実装される。パッケージ
内は真空状態にあることが好ましく、真空環境で振動片が振動することで、より一層安定
した振動を長期間にわたって維持することができる。
また、振動片がパッケージに収納されることで、扱いやすいうえ、湿度など外部環境か
ら振動片を保護することができる。
【００１９】
［適用例７］本適用例に係る発振器は、上記適用例のいずれかに記載の振動片と、前記
振動片と接続された発振回路と、を有することを特徴とする。
【００２０】
このようにすれば、スプリアスである二次モードの励振を抑制しつつ発振器の小型化を
実現できる。
【００２１】
［適用例８］本適用例に係る電子機器は、上記適用例のいずれかに記載の振動片を有す
る、ことを特徴とする。
【００２２】
上記の振動片を用いることにより、二次モードの励振を抑制できることから、基本モー
ドである一次モードの安定化を実現できる。従って、タイミングデバイス等として、デジ
タル携帯電話、パーソナルコンピューター、電子時計、ビデオレコーダー、テレビなどの
電子機器に広く用いることができる。そして、振動片をパッケージ化した振動子や、発振
器も安定した正確な振動が可能であり、搭載される電子機器の品質向上に貢献することが
できる。
【００２３】
なお、上述した振動片１０はＺ板を例示しているが、温度変化に対する共振周波数の変
化が少なくなるように、各軸、特にＸ軸の周りに基板を回転させたものなどでも、振動腕
長さＬａに対する励振電極長さＬｂの比を上述した範囲に設定することで同様な効果が得
られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】振動片を模式的に表し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ切断面を示す断面図。
【図２】振動片の等価回路。
【図３】共振周波数‐インピーダンス特性。
【図４】Ｌｂ／Ｌａと等価直列容量の関係を示すグラフであり、（ａ）は溝部の深さｔ１＝５μｍ、（ｂ）はｔ１＝３５μｍ、（ｃ）はｔ１＝４５μｍの場合。
【図５】Ｌｂ／Ｌａと電気機械結合係数Ｋ2の関係を示すグラフ。
【図６】振動子の概略構成を示す断面図。
【図７】発振器の構成例を示す説明図。
【図８】電子機器の一例として示す携帯電話機の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
なお、以下の説明で参照する図は、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材ない
し部分の縦横の縮尺は実際のものとは異なる模式図である。
（振動片）
【００２６】
図１は、本実施例の振動片を模式的に表し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ
切断面を示す断面図である。なお、本実施例は、振動腕に溝部を設けた場合の振動片を例
示している。
振動片１０は、Ｘ軸と、Ｘ軸に対して垂直なＹ軸で構成される平面に展開されており、
Ｚ軸は厚さを表す。また、振動片１０の材質は、水晶や、水晶以外の圧電材料、または、
それ以外の材料であってもよく、本実施例では、水晶振動片を例示しており、Ｘ軸が電気
軸、Ｙ軸が機械軸、Ｚ軸が光軸となるように、水晶の単結晶から切り出されたＺ板であっ
て、音叉形水晶振動片である。また、振動片１０の一方の面を第１主面１０ａ、第１主面
１０ａに向かい合う面を第２主面１０ｂとする。
【００２７】
振動片１０は、基部１１と、基部１１の基端部１１ａからＹ軸方向に互いに平行に延在
された２本の振動腕１２，１３と、基部１１のＸ軸方向両側に突設された支持腕部１４，
１５とから構成されている。なお、基端部１１ａからの振動腕１２，１３の長さをＬａと
する。
【００２８】
振動腕１２，１３それぞれの第１主面１０ａと、第２主面１０ｂには、基端部１１ａか
ら振動腕先端方向に向かって励振電極３０，３１，４０，４１が設けられている。また、
励振電極３０，３１，４０，４１の形成範囲に溝部２１ａ，２２ａ，２１ｂ，２２ｂが形
成されている。ここで、基端部１１ａからの励振電極３０，３１，４０，４１の長さをＬ
ｂとする。また、第１主面１０ａからの溝部２１ａ，２２ａの深さと、第２主面１０ｂか
らの溝部２１ｂ，２２ｂの深さを共にｔ１とする。
【００２９】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、励振電極３０，３１，４０，４１は、溝部２１ａ，
２１ｂ，２２ａ，２２ｂそれぞれの内壁面に設けられている。従って、基端部１１ａから
の各励振電極の長さＬｂは、溝部長さと同じである。
【００３０】
続いて、振動片１０の電極構成を図１（ａ），（ｂ）を参照して説明する。なお、図１
において、同じ方向の斜線（ハッチング）で表す電極は、同じ電位となるように表してい
る。励振電極３０は、振動腕１２の第１主面１０ａに、基端部１１ａから長さＬｂで形成
されており、リード電極３３を介して容量部３２ａに接続されている。さらに、励振電極
３０は、リード電極３４を経由して支持腕部１５の第１主面１０ａの端部に設けられる接
続電極３７に接続されている。
【００３１】
リード電極３４は基部１１上で分岐されて振動腕１３の側面に形成された側面電極３５
，３６を介して、振動腕１２の第２主面１０ｂに延長されて励振電極３１に接続されてい
る。励振電極３１は、第１主面１０ａに対して励振電極３０と面対称である。なお、励振
電極３１に接続されるリード電極（図示せず）および接続電極３８、容量部３２ｂもそれ
ぞれ、リード電極３４、接続電極３７、及び容量部３２ａに対して面対称となるように第
２主面１０ｂに設けられている。
【００３２】
励振電極４０は、振動腕１３の第１主面１０ａに、基端部１１ａから長さＬｂで形成さ
れており、リード電極４３を介して容量部４２ａに接続されている。さらに、励振電極４
０は、リード電極４４、振動腕１２の側面に形成される側面電極４５，４６と、リード電
極４７を経由して支持腕部１４の第１主面１０ａの端部に設けられる接続電極４８に接続
されている。励振電極４１は、第１主面１０ａに対して励振電極４０と面対称であって第
２主面１０ｂ側に設けられる。なお、励振電極４１に接続されるリード電極（図示せず）
および接続電極４９、容量部４２ｂもそれぞれ、リード電極４７と接続電極４８、及び容
量部４２ａに対して面対称となるように第２主面１０ｂに設けられている。
【００３３】
ここで、励振電極３０，３１と、励振電極４０，４１とに、それぞれの接続電極３７（
３８）と、接続電極４８（４９）を介して逆極性となる交流電圧を印加すると、振動腕１
２，１３は、基端部１１ａ付近を振動の節としてＸ軸方向に屈曲振動する。この際、容量
部３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂにも同電位の交流電圧が印加されるが、振動腕１２，
１３の振動には影響しない。
【００３４】
振動片１０の基本振動モードは一次モードの屈曲振動であるが、二次モードの屈曲振動
が含まれ、発振回路を構成したときに二次モードでスプリアス発振を起こす場合がある。
従って、基本モード（一次モード）の励振を安定的に行わせるためには、二次モードの屈
曲振動の励振強度を抑制することが求められる。
そのことについて振動片１０の等価回路を参照して説明する。
【００３５】
図２は、本実施例に係る振動片の等価回路を示している。ここで、Ｃｄは並列容量、Ｌ
１は等価直列インダクタンス、Ｃ１は等価直列容量、Ｒ１は等価直列抵抗であって、等価
直列インダクタンスＬ１と、等価直列容量Ｃ１と、等価直列抵抗Ｒ１は、一次モードの等
価直列成分５１である。同様に、Ｌ２は等価直列インダクタンス、Ｃ２は等価直列容量、
Ｒ２は等価直列抵抗であって、等価直列インダクタンスＬ２と、等価直列容量Ｃ２と、等
価直列抵抗Ｒ２は、二次モードの等価直列成分５２である。なお、図示しないが、三次以
上の高次モードが存在する場合の等価直列成分も同様に表すことが可能である。
【００３６】
ここで、容量部３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂを設けない従来の並列容量をＣ0とし
、これら容量部を設けることにより増加する並列容量をＣFとすると、図２に示す振動片
１０の等価回路における並列容量Ｃｄは、Ｃｄ＝Ｃ0＋ＣFとなる。励振電極３０，３１，
４０，４１の長さＬｂを振動腕長さＬａの約５０％の範囲内にすることによって、二次モ
ードのインピーダンスが上昇し、二次モードの励振強度を抑制することが可能であるが、
一次モードのインピーダンスも上昇し、基本モードである一次モードの励振強度が低下す
ることが考えられる。そこで、一次モードのインピーダンスの上昇を押さえることが必要
になる。
【００３７】
図３は、振動片の共振周波数（ｆ）‐インピーダンス特性を模式的に示している。図３
に示すように共振周波数（ｆ）が高くなるに従いインピーダンスは低下する傾向を示す。
一次モードの周波数帯において、一次モードのインピーダンスの極値、二次モードの周波
数帯において二次モードのインピーダンスの極値が存在する。図３において、二点差線は
Ｌｂ／Ｌａを５０％より大きく、容量部がない場合を表し、破線はＬｂ／Ｌａを５０％以
下、容量部がない場合、実線はＬｂ／Ｌａを５０％以下、容量部を設けた場合を表してい
る。
【００３８】
（１）Ｌｂ／Ｌａが５０％より大きく、容量部がない場合：二次モードのインピーダン
スが低く、二次モードが出現しやすい状態である。
（２）Ｌｂ／Ｌａが５０％以下で、容量部がない場合：二次モードのインピーダンスを
上昇させることができるが、一次モードのインピーダンスも高くなり、一次モードの励振
強度が低下してしまう。
（３）Ｌｂ／Ｌａを５０％以下で、容量部を設けた場合：インピーダンスは、等価回路
における並列容量の逆数に比例することから、二次モードのインピーダンスを高い位置に
維持しながら（図示、破線で表す）一次モードのインピーダンスの増加を抑え、一次モー
ドの励振強度を維持できる。
【００３９】
ここで、インピーダンスは、ＣＩ値（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｉｍｐｅｄａｎｎｃｅ）で表さ
れる場合があり、振動片１０内部の等価抵抗成分であって、振動損失に相当し、発振しや
すさの目安とされ、等価回路の等価直列抵抗Ｒ１，Ｒ２である。容量部３２ａ，３２ｂ，
４２ａ，４２ｂを設けることによる増加分の並列容量ＣFは、容量部と励振電極（側面電
極）との間に発生する。並列容量ＣFは、第１主面１０ａ側では、容量部３２ａと側面電
極４５，４６との間、容量部４２ａと側面電極３５，３６との間に発生する浮遊容量、第
２主面１０ｂ側では、容量部３２ｂと側面電極４５，４６との間、容量部４２ｂと側面電
極３５，３６との間に発生する浮遊容量が支配的である。
【００４０】
従って、所望の一次モードにおけるインピーダンスを得るための並列容量ＣFは、容量
部３２ａ，３２ｂの長さと、側面電極４５，４６との距離と、側面電極４５，４６と並行
する容量部４２ａ，４２ｂの長さと、側面電極３５，３６との距離を適宜設定すればよい
。
【００４１】
続いて、等価直列容量Ｃ１，Ｃ２が、振動腕長さＬａに対する励振電極長さＬｂの比（
Ｌｂ／Ｌａ）に依存すことについてシミュレーション結果を参照して説明する。なお、こ
こでは、溝部２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂを設けた場合について説明する。
【００４２】
図４は、図１の音叉構造におけるＬｂ／Ｌａと等価直列容量の関係を示すグラフである
。（ａ）は溝部の深さｔ１＝５μｍ、（ｂ）はｔ１＝３５μｍ、（ｃ）はｔ１＝４５μｍ
の場合を表している。縦軸に等価直列容量（Ｆ）、横軸にＬｂ／Ｌａを表し、一次モード
の等価直列容量Ｃ１と、二次モードの等価直列容量Ｃ２とを比較している。なお、振動腕
１２，１３の長さＬａを１６００μｍ、振動腕の幅Ｗを１１５μｍ、振動腕の厚さｔを１
００μｍとしてシミュレーションした。
【００４３】
図４（ａ），（ｂ），（ｃ）を俯瞰すると、一次モードの等価直列容量Ｃ１は、Ｌｂ／
Ｌａが大きくなっても若干の上昇傾向を示すが、ほぼフラットである。また、Ｌｂ／Ｌａ
が０．４の付近で二次モードの等価直列容量Ｃ２には最小値があることを示している。
【００４４】
そこで、二次モードの等価直列容量Ｃ２を、一次モードの等価直列容量Ｃ１の１０％以
下にすれば、二次モードのインピーダンスを一次モードのインピーダンスよりも高くする
ことができることが推察できる。
これをＬｂ／Ｌａを変化させることで検証する。
（１）振動腕長さＬａと溝部長さＬｂの比を、０．２８≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．５とするこ
とで、二次モードの等価直列容量Ｃ２を一次モードの等価直列容量に対して１０％以下に
抑えることができる。
（２）振動腕長さＬａと溝部長さＬｂの比を、０．３４≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．４６とする
ことで、二次モードの等価直列容量Ｃ２を一次モードの等価直列容量Ｃ１に対して５％以
下にすることができ、一次モードに対して、二次モードの励振をさらに抑制することがで
きる。
（３）振動腕長さＬａと溝部長さＬｂの比を、０．３８≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．４２とする
ことで、二次モードの等価直列容量Ｃ２を一次モードの等価直列容量Ｃ１に対して１％以
下にすることができ、一次モードに対して、二次モードの励振をほぼ除去することができ
る。溝部の深さｔ１が４５μｍの場合には、二次モードの等価直列容量Ｃ２を０．１％以
下と極めて小さくできる。
【００４５】
続いて、振動片１０の励振しやすさの目安である電気機械結合係数Ｋ2について説明す
る。
図５は、Ｌｂ／Ｌａと電気機械結合係数Ｋ2の関係を示すグラフである。（ａ）は溝部
の深さｔ１＝５μｍ、（ｂ）はｔ１＝３５μｍ、（ｃ）はｔ１＝４５μｍの場合を表して
いる。縦軸に電気機械結合係数Ｋ2（％）、横軸にＬｂ／Ｌａを表し、一次モードの電気
機械結合係数Ｋ12と、二次モードの電気機械結合係数Ｋ22とを比較している。図５（ａ）
，（ｂ），（ｃ）を俯瞰すると、一次モードにおける電気機械結合係数Ｋ12は、Ｌｂ／Ｌ
ａの変化に対してほぼフラットであって、二次モードにおける電気機械結合係数Ｋ22は、
図４で示した等価直列容量の変化と同様に、Ｌｂ／Ｌａが０．４の付近で最小の極値があ
ることを示している。つまり、励振しにくい領域があることを示している。
【００４６】
そこで、電気機械結合係数Ｋ2を、Ｌｂ／Ｌａの変化させることで検証する。
（１）振動腕長さＬａと溝部長さＬｂの比を、０．２８≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．５とするこ
とで、二次モードの電気機械結合係数Ｋ22を一次モードの電気機械結合係数Ｋ12に対して
１％以下に抑えることができる。
（２）振動腕長さＬａと溝部長さＬｂの比を、０．３４≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．４６とする
ことで、二次モードの電気機械結合係数Ｋ22を一次モードの電気機械結合係数Ｋ12に対し
て０．５％以下にすることができ、一次モードに対して、二次モードの励振をさらに抑制
することができる。
（３）振動腕長さＬａと溝部長さＬｂの比を、０．３８≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．４２とする
ことで、二次モードの電気機械結合係数Ｋ22を一次モードの電気機械結合係数Ｋ12に対し
て０．１％以下にすることができ、一次モードに対して、二次モードの励振をほぼ除去す
ることができる。溝部の深さｔ１が４５μｍの場合には、ほとんど無視できるほどに二次
モードの電気機械結合係数Ｋ22を小さくできることが分かる。
【００４７】
以上説明した実施例に係る振動片１０は、励振電極３０，３１，４０，４１のそれぞれ
から分割された容量部３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂを設けることにより、等価回路に
おける並列容量ＣｄがＣF分大きくなり、二次モードの電気機械結合係数Ｋ2には影響を与
えずに、一次モードのインピーダンスが高くなりすぎることを抑制し、安定した一次モー
ドを実現できる。
【００４８】
また、振動腕長さＬａに対する、基端部１１ａからの励振電極長さＬｂの比Ｌｂ／Ｌａ
を、０．２８≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．５の範囲に設定することで、二次モードの等価直列容量
Ｃ２を一次モードの等価直列容量に対して１０％以下に、抑えることができ、二次モード
の電気機械結合係数Ｋ22を一次モードの電気機械結合係数Ｋ12に対して１％以下に抑える
ことができる。よって、二次モードの励振強度を抑制することができる。
【００４９】
また、振動腕長さＬａに対する、基端部１１ａからの励振電極長さＬｂの比Ｌｂ／Ｌａ
を、０．３４≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．４６の範囲に設定することで、二次モードの等価直列容
量を一次モードの等価直列容量に対して５％以下にすることができ、二次モードの電気機
械結合係数Ｋ22を一次モードの電気機械結合係数Ｋ12に対して１％以下に抑えることがで
きる。よって、一次モードに対して、二次モードの励振強度をさらに抑制することができ
る。
【００５０】
さらに、振動腕長さＬａに対する、基端部１１ａからの励振電極長さＬｂの比Ｌｂ／Ｌ
ａを、０．３８≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．４２の範囲に設定すれば、二次モードの等価直列容量
Ｃ２を一次モードの等価直列容量Ｃｄに対して１％以下にすることができ、二次モードの
電気機械結合係数Ｋ22を一次モードの電気機械結合係数Ｋ12に対して０．１％以下にする
ことができる。このことから、二次モードの励振をほぼ除去することができる。
【００５１】
また、容量部３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂを、振動腕１２，１３の先端側に設けて
いることから、容量部３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂを共振周波数（ｆ）の調整や、質
量バランスをとるためのトリミング電極として用いることができるという効果がある。
【００５２】
また、振動腕１２，１３には、励振電極３０，３１，４０，４１のそれぞれの形成範囲
に溝部２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂを設けている。このことにより、同じ共振周波数
であれば、振動片１０を小型化することができる。また、上述したように、Ｌｂ／Ｌａの
比を適切な範囲に設定すること、容量部を設けること、により二次モードの励振を抑制し
、一次モードのインピーダンスの増加を抑制し、安定した一次モードの励振強度を得るこ
とができる。
【００５３】
なお、以上説明した実施例に係る振動片１０には、溝部２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２
ｂが設けられているが、溝部はなくても励振電極を前述したように構成すれば、溝付の場
合と同様な効果が得られる。
【００５４】
また、容量部３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂは、振動腕１２，１３の先端側に設けら
れているが、振動に影響がない位置に配置すれば配置場所は限定されず、例えば、基部１
１の第１主面１０ａ、または第２主面１０ｂに設けることができる。
（振動子）
【００５５】
続いて、前述した振動片１０を用いた振動子の１例について図面を参照して説明する。
図６は、振動子の概略構成を示す断面図である。振動子１００は、前述した振動片１０
と、この振動片１０を収容するパッケージベース１０１、及びパッケージベース１０１の
開口部を封止するリッド１０２とを主な構成要素としている。
【００５６】
パッケージベース１０１は、セラミックグリーンシート等を積層して焼成した箱体であ
り、凹状に形成されたキャビティ内部には、振動片１０を実装するための台座１０３と内
部実装電極１０６，１０７が形成されている。内部実装電極１０６は、振動片１０の接続
電極３８と電気的に接続され、内部実装電極１０７は、振動片１０の接続電極４９と電気
的に接続されている。パッケージベース１０１の外部底面には、外部実装端子１０４，１
０５が形成されている。外部実装端子１０４，１０５は、図示しないスルーホール等を介
して内部実装電極１０６、または内部実装電極１０７と電気的に接続されている。
【００５７】
リッド１０２は、本実施形態の場合には平板状であって、金属またはガラスが採用され
ることが多い。いずれの材質を採用する場合であっても、線膨張係数がパッケージベース
１０１と近似したものを採用することが望ましい。
【００５８】
振動片１０を収容するパッケージとしてのパッケージベース１０１の開口部を封止する
際、リッド１０２は接合材（図示せず）を介して接合される。接合材は、リッド１０２を
構成する材質により異なる。例えばリッド１０２が金属であった場合、接合材には低融点
金属で構成されたシールリングを用いる。一方、リッド１０２がガラスであった場合、接
合部材には低融点ガラスを採用することが好ましい。
【００５９】
パッケージベース１０１とリッド１０２で構成される空間は、減圧状態または真空状態
を保持できるように気密封止されている。
【００６０】
このように構成される振動子１００は、外部実装端子１０４，１０５を介した外部から
の駆動信号により振動片１０が励振され、所定の周波数（例えば、３２ｋＨｚ）で発振す
る。
【００６１】
振動片１０は、パッケージ内に収納され、パッケージ内において、真空環境で振動され
ることで、より一層安定した振動を長期間にわたって維持することができる。また、パッ
ケージ内に収納されることで、扱いやすいうえ、湿度など外部環境から振動片１０を保護
することができる。
（発振器）
【００６２】
次に、前述した振動片１０を有する発振器について図面を参照して説明する。
図７は、発振器の構成例を示す説明図である。発振器２００は、振動片１０と、この振
動片１０と並列に接続された発振回路２０１（例えば、インバーター）と、を含む。発振
回路２０１の一方端が前述した接続電極３８と接続され、他方端が前述した接続電極４９
と接続される。また、図示するように、振動片１０と発振回路２０１との一方の接続点と
接地端との間に接続された容量素子（コンデンサー）２０２と、振動片１０と発振回路２
０１との他方の接続点と接地端との間に接続された容量素子（コンデンサー）２０３と、
を更に備えてもよい。
【００６３】
以上に説明した発振器２００は、従来と同等の性能を保ちつつ小型化された発振器を提
供することが可能となる。また、振動片１０のＬｂ／Ｌａを前述したような適切な範囲に
設定することで、二次モードのインピーダンスを高くし、二次モードの励振を抑制し、基
本モードである一次モードの励振を安定させることができ、信頼性の高い発振器を実現で
きる。
（電子機器）
【００６４】
次に、前述した振動片１０を有する発振器２００を適用した電子機器について説明する
。
図８は、電子機器の一例として示す携帯電話機の斜視図である。携帯電話機１０００は
表示部１００１と、複数の操作ボタン１００２と、受話口１００３と、送話口１００４と
を備え、内部回路構成要素のタイミングデバイスなどとして上述した振動子１００または
発振器２００を備えて構成されている。従って、前述したような振動子１００または発振
器２００を備えた信頼性の高い携帯電話機１０００を実現できる。
【００６５】
なお、本発明を適用した電子機器としては、上述したような携帯電話機１０００に限ら
ず、例えば、電子ブック、パーソナルコンピューター、ディジタルスチルカメラ、液晶テ
レビ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓
、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末などを挙げること
ができる。
【符号の説明】
【００６６】
１０…振動片、１０ａ…第１主面、１０ｂ…第２主面、１１…基部、１１ａ…基部の基
端部、１２，１３…振動腕、３０，３１，４０，４１…励振電極、３２ａ，３２ｂ，４２
ａ，４２ｂ…容量部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動片と、この振動片を有する振動子、発振器、および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
音叉形振動子において、基本振動モードとして、屈曲一次モードを利用するもの、屈曲
二次モードを利用するもの、さらに高次モードを利用するものがある。特に屈曲二次モー
ドにおいて十分な励振を行えるようするために、２本の振動腕寄りの主面上で隣接する逆
極性の励振電極の境界を振動腕長手方向に対して斜めに形成し、かつ振動腕基部の主面上
の各励振電極間に補助電極を設け、有効な励振電極長を長くした振動子が知られている（
例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５９−２１８０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような特許文献１では、有効な励振電極長を長くしてＣＩ値（インピーダンス）を
低減することによって、屈曲二次モードの励振効率を高めることが可能となる。しかし、
屈曲一次モードを基本モードとする場合においては、例えば、屈曲二次モードのＣＩ値が
低いと、同じ二次モードでスプリアス発振を起こすことがあり、スプリアスとしての屈曲
二次モードは抑制されなければならないという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の
形態または適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例に係る振動片は、基部と、前記基部の基端部から第１方向に延在
されている振動腕と、前記振動腕の主面に設けられている励振電極と、を有し、前記励振
電極は、前記基端部から前記振動腕の前記第１方向の長さの５０％までの範囲内に設けら
れ、前記励振電極には、容量部が接続されることを有することを特徴とする。
【０００７】
本適用例によれば、励振電極を、基端部から振動腕の長さの約５０％の範囲内に設ける
ことにより、振動の一次モードの等価直列容量よりも二次モードにおける等価直列容量を
小さくすることができる。その結果、二次モードのインピーダンスを高くすること、二次
モードの電気機械結合係数Ｋ2を小さくすることで、二次モードの励振強度を抑制するこ
とができる。
【０００８】
二次モードにおける等価直列容量を小さくすると、一次モードのインピーダンスが高く
なり、一次モードの励振強度が低下する。インピーダンスは、等価回路における並列容量
の逆数に比例する。よって、励振電極に接続される容量部を設けることにより、等価回路
における並列容量を増加させ、二次モードの電気機械結合係数Ｋ2には影響を与えずに、
一次モードのインピーダンスが高くなりすぎることを抑制し、安定した一次モードの励振
強度を実現できる。
【０００９】
［適用例２］上記適用例に係る振動片において、前記振動腕の前記第１方向の長さＬａ
に対する前記基端部から前記励振電極の前記基端部と反対側の端部までの長さＬｂの比Ｌ
ｂ／Ｌａが、０．３４≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．４６の範囲にあること、が好ましい。
【００１０】
振動腕長さＬａと励振電極長さＬｂの比を、０．３４≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．４６とするこ
とで、二次モードの等価直列容量を一次モードの等価直列容量に対して５％以下にするこ
とができ、一次モードに対して、二次モードの励振をさらに抑制することができる。
【００１１】
［適用例３］上記適用例に係る振動片において、前記振動腕の前記第１方向の長さＬａ
に対する前記基端部から前記励振電極の前記基端部と反対側の端部までの長さＬｂの比Ｌ
ｂ／Ｌａが、０．３８≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．４２の範囲にあること、
前記振動腕の長さＬａに対する、前記基端部からの前記励振電極の長さＬｂの比Ｌｂ／Ｌ
ａが、０．３８≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．４２の範囲にあることが、より一層好ましい。
【００１２】
振動腕長さＬａと励振電極の長さＬｂの比を、０．３８≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．４２とする
ことで、二次モードの等価直列容量を一次モードの等価直列容量に対して１％以下にする
ことができ、一次モードに対して、二次モードの励振をほぼ除去することができる。
【００１３】
［適用例４］上記適用例に係る振動片は、前記容量部は、前記励振電極の前記基端部と
反対側の端部から前記振動腕の先端までの領域の少なくとも一部に設けられている、こと
が好ましい。
【００１４】
容量部の配置は、振動腕の振動に影響を与えない位置であれば特に限定されず、振動腕
の先端部や基部に設けることが可能である。そこで、容量部を振動腕の先端部に設ければ
、容量部を共振周波数の調整や、質量バランスをとるためのトリミング電極として用いる
ことができるという効果を有する。
【００１５】
［適用例５］上記適用例に係る振動片において、前記励振電極は、前記振動腕の側面に
設けられた側面電極を含み、前記容量部と前記側面電極との間で浮遊容量が生じているこ
とが好ましい。
【００１６】
前述したように、等価回路における並列容量を増加させることで安定した一次モードの
励振強度を実現できる。そこで、容量部と側面電極との間に生ずる浮遊容量によって、並
列容量を増加させることが可能であって、詳しくは実施の形態で説明するが、容量部と側
面電極との距離、並行する長さによって浮遊容量を適切な大きさに決定することができる
。
【００１７】
［適用例６］本適用例に係る振動子は、上記適用例のいずれかに記載の振動片と、前記
振動片が格納されたパッケージと、を有することを特徴とする。
【００１８】
振動片は、例えば、セラミック等で形成されたパッケージ内に実装される。パッケージ
内は真空状態にあることが好ましく、真空環境で振動片が振動することで、より一層安定
した振動を長期間にわたって維持することができる。
また、振動片がパッケージに収納されることで、扱いやすいうえ、湿度など外部環境か
ら振動片を保護することができる。
【００１９】
［適用例７］本適用例に係る発振器は、上記適用例のいずれかに記載の振動片と、前記
振動片と接続された発振回路と、を有することを特徴とする。
【００２０】
このようにすれば、スプリアスである二次モードの励振を抑制しつつ発振器の小型化を
実現できる。
【００２１】
［適用例８］本適用例に係る電子機器は、上記適用例のいずれかに記載の振動片を有す
る、ことを特徴とする。
【００２２】
上記の振動片を用いることにより、二次モードの励振を抑制できることから、基本モー
ドである一次モードの安定化を実現できる。従って、タイミングデバイス等として、デジ
タル携帯電話、パーソナルコンピューター、電子時計、ビデオレコーダー、テレビなどの
電子機器に広く用いることができる。そして、振動片をパッケージ化した振動子や、発振
器も安定した正確な振動が可能であり、搭載される電子機器の品質向上に貢献することが
できる。
【００２３】
なお、上述した振動片１０はＺ板を例示しているが、温度変化に対する共振周波数の変
化が少なくなるように、各軸、特にＸ軸の周りに基板を回転させたものなどでも、振動腕
長さＬａに対する励振電極長さＬｂの比を上述した範囲に設定することで同様な効果が得
られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】振動片を模式的に表し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ切断面を示す断面図。
【図２】振動片の等価回路。
【図３】共振周波数‐インピーダンス特性。
【図４】Ｌｂ／Ｌａと等価直列容量の関係を示すグラフであり、（ａ）は溝部の深さｔ１＝５μｍ、（ｂ）はｔ１＝３５μｍ、（ｃ）はｔ１＝４５μｍの場合。
【図５】Ｌｂ／Ｌａと電気機械結合係数Ｋ2の関係を示すグラフ。
【図６】振動子の概略構成を示す断面図。
【図７】発振器の構成例を示す説明図。
【図８】電子機器の一例として示す携帯電話機の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
なお、以下の説明で参照する図は、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材ない
し部分の縦横の縮尺は実際のものとは異なる模式図である。
（振動片）
【００２６】
図１は、本実施例の振動片を模式的に表し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ
切断面を示す断面図である。なお、本実施例は、振動腕に溝部を設けた場合の振動片を例
示している。
振動片１０は、Ｘ軸と、Ｘ軸に対して垂直なＹ軸で構成される平面に展開されており、
Ｚ軸は厚さを表す。また、振動片１０の材質は、水晶や、水晶以外の圧電材料、または、
それ以外の材料であってもよく、本実施例では、水晶振動片を例示しており、Ｘ軸が電気
軸、Ｙ軸が機械軸、Ｚ軸が光軸となるように、水晶の単結晶から切り出されたＺ板であっ
て、音叉形水晶振動片である。また、振動片１０の一方の面を第１主面１０ａ、第１主面
１０ａに向かい合う面を第２主面１０ｂとする。
【００２７】
振動片１０は、基部１１と、基部１１の基端部１１ａからＹ軸方向に互いに平行に延在
された２本の振動腕１２，１３と、基部１１のＸ軸方向両側に突設された支持腕部１４，
１５とから構成されている。なお、基端部１１ａからの振動腕１２，１３の長さをＬａと
する。
【００２８】
振動腕１２，１３それぞれの第１主面１０ａと、第２主面１０ｂには、基端部１１ａか
ら振動腕先端方向に向かって励振電極３０，３１，４０，４１が設けられている。また、
励振電極３０，３１，４０，４１の形成範囲に溝部２１ａ，２２ａ，２１ｂ，２２ｂが形
成されている。ここで、基端部１１ａからの励振電極３０，３１，４０，４１の長さをＬ
ｂとする。また、第１主面１０ａからの溝部２１ａ，２２ａの深さと、第２主面１０ｂか
らの溝部２１ｂ，２２ｂの深さを共にｔ１とする。
【００２９】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、励振電極３０，３１，４０，４１は、溝部２１ａ，
２１ｂ，２２ａ，２２ｂそれぞれの内壁面に設けられている。従って、基端部１１ａから
の各励振電極の長さＬｂは、溝部長さと同じである。
【００３０】
続いて、振動片１０の電極構成を図１（ａ），（ｂ）を参照して説明する。なお、図１
において、同じ方向の斜線（ハッチング）で表す電極は、同じ電位となるように表してい
る。励振電極３０は、振動腕１２の第１主面１０ａに、基端部１１ａから長さＬｂで形成
されており、リード電極３３を介して容量部３２ａに接続されている。さらに、励振電極
３０は、リード電極３４を経由して支持腕部１５の第１主面１０ａの端部に設けられる接
続電極３７に接続されている。
【００３１】
リード電極３４は基部１１上で分岐されて振動腕１３の側面に形成された側面電極３５
，３６を介して、振動腕１２の第２主面１０ｂに延長されて励振電極３１に接続されてい
る。励振電極３１は、第１主面１０ａに対して励振電極３０と面対称である。なお、励振
電極３１に接続されるリード電極（図示せず）および接続電極３８、容量部３２ｂもそれ
ぞれ、リード電極３４、接続電極３７、及び容量部３２ａに対して面対称となるように第
２主面１０ｂに設けられている。
【００３２】
励振電極４０は、振動腕１３の第１主面１０ａに、基端部１１ａから長さＬｂで形成さ
れており、リード電極４３を介して容量部４２ａに接続されている。さらに、励振電極４
０は、リード電極４４、振動腕１２の側面に形成される側面電極４５，４６と、リード電
極４７を経由して支持腕部１４の第１主面１０ａの端部に設けられる接続電極４８に接続
されている。励振電極４１は、第１主面１０ａに対して励振電極４０と面対称であって第
２主面１０ｂ側に設けられる。なお、励振電極４１に接続されるリード電極（図示せず）
および接続電極４９、容量部４２ｂもそれぞれ、リード電極４７と接続電極４８、及び容
量部４２ａに対して面対称となるように第２主面１０ｂに設けられている。
【００３３】
ここで、励振電極３０，３１と、励振電極４０，４１とに、それぞれの接続電極３７（
３８）と、接続電極４８（４９）を介して逆極性となる交流電圧を印加すると、振動腕１
２，１３は、基端部１１ａ付近を振動の節としてＸ軸方向に屈曲振動する。この際、容量
部３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂにも同電位の交流電圧が印加されるが、振動腕１２，
１３の振動には影響しない。
【００３４】
振動片１０の基本振動モードは一次モードの屈曲振動であるが、二次モードの屈曲振動
が含まれ、発振回路を構成したときに二次モードでスプリアス発振を起こす場合がある。
従って、基本モード（一次モード）の励振を安定的に行わせるためには、二次モードの屈
曲振動の励振強度を抑制することが求められる。
そのことについて振動片１０の等価回路を参照して説明する。
【００３５】
図２は、本実施例に係る振動片の等価回路を示している。ここで、Ｃｄは並列容量、Ｌ
１は等価直列インダクタンス、Ｃ１は等価直列容量、Ｒ１は等価直列抵抗であって、等価
直列インダクタンスＬ１と、等価直列容量Ｃ１と、等価直列抵抗Ｒ１は、一次モードの等
価直列成分５１である。同様に、Ｌ２は等価直列インダクタンス、Ｃ２は等価直列容量、
Ｒ２は等価直列抵抗であって、等価直列インダクタンスＬ２と、等価直列容量Ｃ２と、等
価直列抵抗Ｒ２は、二次モードの等価直列成分５２である。なお、図示しないが、三次以
上の高次モードが存在する場合の等価直列成分も同様に表すことが可能である。
【００３６】
ここで、容量部３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂを設けない従来の並列容量をＣ0とし
、これら容量部を設けることにより増加する並列容量をＣFとすると、図２に示す振動片
１０の等価回路における並列容量Ｃｄは、Ｃｄ＝Ｃ0＋ＣFとなる。励振電極３０，３１，
４０，４１の長さＬｂを振動腕長さＬａの約５０％の範囲内にすることによって、二次モ
ードのインピーダンスが上昇し、二次モードの励振強度を抑制することが可能であるが、
一次モードのインピーダンスも上昇し、基本モードである一次モードの励振強度が低下す
ることが考えられる。そこで、一次モードのインピーダンスの上昇を押さえることが必要
になる。
【００３７】
図３は、振動片の共振周波数（ｆ）‐インピーダンス特性を模式的に示している。図３
に示すように共振周波数（ｆ）が高くなるに従いインピーダンスは低下する傾向を示す。
一次モードの周波数帯において、一次モードのインピーダンスの極値、二次モードの周波
数帯において二次モードのインピーダンスの極値が存在する。図３において、二点差線は
Ｌｂ／Ｌａを５０％より大きく、容量部がない場合を表し、破線はＬｂ／Ｌａを５０％以
下、容量部がない場合、実線はＬｂ／Ｌａを５０％以下、容量部を設けた場合を表してい
る。
【００３８】
（１）Ｌｂ／Ｌａが５０％より大きく、容量部がない場合：二次モードのインピーダン
スが低く、二次モードが出現しやすい状態である。
（２）Ｌｂ／Ｌａが５０％以下で、容量部がない場合：二次モードのインピーダンスを
上昇させることができるが、一次モードのインピーダンスも高くなり、一次モードの励振
強度が低下してしまう。
（３）Ｌｂ／Ｌａを５０％以下で、容量部を設けた場合：インピーダンスは、等価回路
における並列容量の逆数に比例することから、二次モードのインピーダンスを高い位置に
維持しながら（図示、破線で表す）一次モードのインピーダンスの増加を抑え、一次モー
ドの励振強度を維持できる。
【００３９】
ここで、インピーダンスは、ＣＩ値（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｉｍｐｅｄａｎｎｃｅ）で表さ
れる場合があり、振動片１０内部の等価抵抗成分であって、振動損失に相当し、発振しや
すさの目安とされ、等価回路の等価直列抵抗Ｒ１，Ｒ２である。容量部３２ａ，３２ｂ，
４２ａ，４２ｂを設けることによる増加分の並列容量ＣFは、容量部と励振電極（側面電
極）との間に発生する。並列容量ＣFは、第１主面１０ａ側では、容量部３２ａと側面電
極４５，４６との間、容量部４２ａと側面電極３５，３６との間に発生する浮遊容量、第
２主面１０ｂ側では、容量部３２ｂと側面電極４５，４６との間、容量部４２ｂと側面電
極３５，３６との間に発生する浮遊容量が支配的である。
【００４０】
従って、所望の一次モードにおけるインピーダンスを得るための並列容量ＣFは、容量
部３２ａ，３２ｂの長さと、側面電極４５，４６との距離と、側面電極４５，４６と並行
する容量部４２ａ，４２ｂの長さと、側面電極３５，３６との距離を適宜設定すればよい
。
【００４１】
続いて、等価直列容量Ｃ１，Ｃ２が、振動腕長さＬａに対する励振電極長さＬｂの比（
Ｌｂ／Ｌａ）に依存すことについてシミュレーション結果を参照して説明する。なお、こ
こでは、溝部２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂを設けた場合について説明する。
【００４２】
図４は、図１の音叉構造におけるＬｂ／Ｌａと等価直列容量の関係を示すグラフである
。（ａ）は溝部の深さｔ１＝５μｍ、（ｂ）はｔ１＝３５μｍ、（ｃ）はｔ１＝４５μｍ
の場合を表している。縦軸に等価直列容量（Ｆ）、横軸にＬｂ／Ｌａを表し、一次モード
の等価直列容量Ｃ１と、二次モードの等価直列容量Ｃ２とを比較している。なお、振動腕
１２，１３の長さＬａを１６００μｍ、振動腕の幅Ｗを１１５μｍ、振動腕の厚さｔを１
００μｍとしてシミュレーションした。
【００４３】
図４（ａ），（ｂ），（ｃ）を俯瞰すると、一次モードの等価直列容量Ｃ１は、Ｌｂ／
Ｌａが大きくなっても若干の上昇傾向を示すが、ほぼフラットである。また、Ｌｂ／Ｌａ
が０．４の付近で二次モードの等価直列容量Ｃ２には最小値があることを示している。
【００４４】
そこで、二次モードの等価直列容量Ｃ２を、一次モードの等価直列容量Ｃ１の１０％以
下にすれば、二次モードのインピーダンスを一次モードのインピーダンスよりも高くする
ことができることが推察できる。
これをＬｂ／Ｌａを変化させることで検証する。
（１）振動腕長さＬａと溝部長さＬｂの比を、０．２８≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．５とするこ
とで、二次モードの等価直列容量Ｃ２を一次モードの等価直列容量に対して１０％以下に
抑えることができる。
（２）振動腕長さＬａと溝部長さＬｂの比を、０．３４≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．４６とする
ことで、二次モードの等価直列容量Ｃ２を一次モードの等価直列容量Ｃ１に対して５％以
下にすることができ、一次モードに対して、二次モードの励振をさらに抑制することがで
きる。
（３）振動腕長さＬａと溝部長さＬｂの比を、０．３８≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．４２とする
ことで、二次モードの等価直列容量Ｃ２を一次モードの等価直列容量Ｃ１に対して１％以
下にすることができ、一次モードに対して、二次モードの励振をほぼ除去することができ
る。溝部の深さｔ１が４５μｍの場合には、二次モードの等価直列容量Ｃ２を０．１％以
下と極めて小さくできる。
【００４５】
続いて、振動片１０の励振しやすさの目安である電気機械結合係数Ｋ2について説明す
る。
図５は、Ｌｂ／Ｌａと電気機械結合係数Ｋ2の関係を示すグラフである。（ａ）は溝部
の深さｔ１＝５μｍ、（ｂ）はｔ１＝３５μｍ、（ｃ）はｔ１＝４５μｍの場合を表して
いる。縦軸に電気機械結合係数Ｋ2（％）、横軸にＬｂ／Ｌａを表し、一次モードの電気
機械結合係数Ｋ12と、二次モードの電気機械結合係数Ｋ22とを比較している。図５（ａ）
，（ｂ），（ｃ）を俯瞰すると、一次モードにおける電気機械結合係数Ｋ12は、Ｌｂ／Ｌ
ａの変化に対してほぼフラットであって、二次モードにおける電気機械結合係数Ｋ22は、
図４で示した等価直列容量の変化と同様に、Ｌｂ／Ｌａが０．４の付近で最小の極値があ
ることを示している。つまり、励振しにくい領域があることを示している。
【００４６】
そこで、電気機械結合係数Ｋ2を、Ｌｂ／Ｌａの変化させることで検証する。
（１）振動腕長さＬａと溝部長さＬｂの比を、０．２８≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．５とするこ
とで、二次モードの電気機械結合係数Ｋ22を一次モードの電気機械結合係数Ｋ12に対して
１％以下に抑えることができる。
（２）振動腕長さＬａと溝部長さＬｂの比を、０．３４≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．４６とする
ことで、二次モードの電気機械結合係数Ｋ22を一次モードの電気機械結合係数Ｋ12に対し
て０．５％以下にすることができ、一次モードに対して、二次モードの励振をさらに抑制
することができる。
（３）振動腕長さＬａと溝部長さＬｂの比を、０．３８≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．４２とする
ことで、二次モードの電気機械結合係数Ｋ22を一次モードの電気機械結合係数Ｋ12に対し
て０．１％以下にすることができ、一次モードに対して、二次モードの励振をほぼ除去す
ることができる。溝部の深さｔ１が４５μｍの場合には、ほとんど無視できるほどに二次
モードの電気機械結合係数Ｋ22を小さくできることが分かる。
【００４７】
以上説明した実施例に係る振動片１０は、励振電極３０，３１，４０，４１のそれぞれ
から分割された容量部３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂを設けることにより、等価回路に
おける並列容量ＣｄがＣF分大きくなり、二次モードの電気機械結合係数Ｋ2には影響を与
えずに、一次モードのインピーダンスが高くなりすぎることを抑制し、安定した一次モー
ドを実現できる。
【００４８】
また、振動腕長さＬａに対する、基端部１１ａからの励振電極長さＬｂの比Ｌｂ／Ｌａ
を、０．２８≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．５の範囲に設定することで、二次モードの等価直列容量
Ｃ２を一次モードの等価直列容量に対して１０％以下に、抑えることができ、二次モード
の電気機械結合係数Ｋ22を一次モードの電気機械結合係数Ｋ12に対して１％以下に抑える
ことができる。よって、二次モードの励振強度を抑制することができる。
【００４９】
また、振動腕長さＬａに対する、基端部１１ａからの励振電極長さＬｂの比Ｌｂ／Ｌａ
を、０．３４≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．４６の範囲に設定することで、二次モードの等価直列容
量を一次モードの等価直列容量に対して５％以下にすることができ、二次モードの電気機
械結合係数Ｋ22を一次モードの電気機械結合係数Ｋ12に対して１％以下に抑えることがで
きる。よって、一次モードに対して、二次モードの励振強度をさらに抑制することができ
る。
【００５０】
さらに、振動腕長さＬａに対する、基端部１１ａからの励振電極長さＬｂの比Ｌｂ／Ｌ
ａを、０．３８≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．４２の範囲に設定すれば、二次モードの等価直列容量
Ｃ２を一次モードの等価直列容量Ｃｄに対して１％以下にすることができ、二次モードの
電気機械結合係数Ｋ22を一次モードの電気機械結合係数Ｋ12に対して０．１％以下にする
ことができる。このことから、二次モードの励振をほぼ除去することができる。
【００５１】
また、容量部３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂを、振動腕１２，１３の先端側に設けて
いることから、容量部３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂを共振周波数（ｆ）の調整や、質
量バランスをとるためのトリミング電極として用いることができるという効果がある。
【００５２】
また、振動腕１２，１３には、励振電極３０，３１，４０，４１のそれぞれの形成範囲
に溝部２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂを設けている。このことにより、同じ共振周波数
であれば、振動片１０を小型化することができる。また、上述したように、Ｌｂ／Ｌａの
比を適切な範囲に設定すること、容量部を設けること、により二次モードの励振を抑制し
、一次モードのインピーダンスの増加を抑制し、安定した一次モードの励振強度を得るこ
とができる。
【００５３】
なお、以上説明した実施例に係る振動片１０には、溝部２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２
ｂが設けられているが、溝部はなくても励振電極を前述したように構成すれば、溝付の場
合と同様な効果が得られる。
【００５４】
また、容量部３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂは、振動腕１２，１３の先端側に設けら
れているが、振動に影響がない位置に配置すれば配置場所は限定されず、例えば、基部１
１の第１主面１０ａ、または第２主面１０ｂに設けることができる。
（振動子）
【００５５】
続いて、前述した振動片１０を用いた振動子の１例について図面を参照して説明する。
図６は、振動子の概略構成を示す断面図である。振動子１００は、前述した振動片１０
と、この振動片１０を収容するパッケージベース１０１、及びパッケージベース１０１の
開口部を封止するリッド１０２とを主な構成要素としている。
【００５６】
パッケージベース１０１は、セラミックグリーンシート等を積層して焼成した箱体であ
り、凹状に形成されたキャビティ内部には、振動片１０を実装するための台座１０３と内
部実装電極１０６，１０７が形成されている。内部実装電極１０６は、振動片１０の接続
電極３８と電気的に接続され、内部実装電極１０７は、振動片１０の接続電極４９と電気
的に接続されている。パッケージベース１０１の外部底面には、外部実装端子１０４，１
０５が形成されている。外部実装端子１０４，１０５は、図示しないスルーホール等を介
して内部実装電極１０６、または内部実装電極１０７と電気的に接続されている。
【００５７】
リッド１０２は、本実施形態の場合には平板状であって、金属またはガラスが採用され
ることが多い。いずれの材質を採用する場合であっても、線膨張係数がパッケージベース
１０１と近似したものを採用することが望ましい。
【００５８】
振動片１０を収容するパッケージとしてのパッケージベース１０１の開口部を封止する
際、リッド１０２は接合材（図示せず）を介して接合される。接合材は、リッド１０２を
構成する材質により異なる。例えばリッド１０２が金属であった場合、接合材には低融点
金属で構成されたシールリングを用いる。一方、リッド１０２がガラスであった場合、接
合部材には低融点ガラスを採用することが好ましい。
【００５９】
パッケージベース１０１とリッド１０２で構成される空間は、減圧状態または真空状態
を保持できるように気密封止されている。
【００６０】
このように構成される振動子１００は、外部実装端子１０４，１０５を介した外部から
の駆動信号により振動片１０が励振され、所定の周波数（例えば、３２ｋＨｚ）で発振す
る。
【００６１】
振動片１０は、パッケージ内に収納され、パッケージ内において、真空環境で振動され
ることで、より一層安定した振動を長期間にわたって維持することができる。また、パッ
ケージ内に収納されることで、扱いやすいうえ、湿度など外部環境から振動片１０を保護
することができる。
（発振器）
【００６２】
次に、前述した振動片１０を有する発振器について図面を参照して説明する。
図７は、発振器の構成例を示す説明図である。発振器２００は、振動片１０と、この振
動片１０と並列に接続された発振回路２０１（例えば、インバーター）と、を含む。発振
回路２０１の一方端が前述した接続電極３８と接続され、他方端が前述した接続電極４９
と接続される。また、図示するように、振動片１０と発振回路２０１との一方の接続点と
接地端との間に接続された容量素子（コンデンサー）２０２と、振動片１０と発振回路２
０１との他方の接続点と接地端との間に接続された容量素子（コンデンサー）２０３と、
を更に備えてもよい。
【００６３】
以上に説明した発振器２００は、従来と同等の性能を保ちつつ小型化された発振器を提
供することが可能となる。また、振動片１０のＬｂ／Ｌａを前述したような適切な範囲に
設定することで、二次モードのインピーダンスを高くし、二次モードの励振を抑制し、基
本モードである一次モードの励振を安定させることができ、信頼性の高い発振器を実現で
きる。
（電子機器）
【００６４】
次に、前述した振動片１０を有する発振器２００を適用した電子機器について説明する
。
図８は、電子機器の一例として示す携帯電話機の斜視図である。携帯電話機１０００は
表示部１００１と、複数の操作ボタン１００２と、受話口１００３と、送話口１００４と
を備え、内部回路構成要素のタイミングデバイスなどとして上述した振動子１００または
発振器２００を備えて構成されている。従って、前述したような振動子１００または発振
器２００を備えた信頼性の高い携帯電話機１０００を実現できる。
【００６５】
なお、本発明を適用した電子機器としては、上述したような携帯電話機１０００に限ら
ず、例えば、電子ブック、パーソナルコンピューター、ディジタルスチルカメラ、液晶テ
レビ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓
、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末などを挙げること
ができる。
【符号の説明】
【００６６】
１０…振動片、１０ａ…第１主面、１０ｂ…第２主面、１１…基部、１１ａ…基部の基
端部、１２，１３…振動腕、３０，３１，４０，４１…励振電極、３２ａ，３２ｂ，４２
ａ，４２ｂ…容量部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部の基端部から第１方向に延在されている振動腕と、
前記振動腕の主面に設けられている励振電極と、を有し、
前記励振電極は、前記基端部から前記振動腕の前記第１方向の長さの５０％までの範囲
内に設けられ、
前記励振電極には、容量部が接続されることを特徴とする振動片。
【請求項２】
前記振動腕の前記第１方向の長さＬａに対する前記基端部から前記励振電極の前記基端
部と反対側の端部までの長さＬｂの比Ｌｂ／Ｌａが、０．３４≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．４６の
範囲にあること、
を特徴とする請求項１に記載の振動片。
【請求項３】
前記振動腕の前記第１方向の長さＬａに対する前記基端部から前記励振電極の前記基端
部と反対側の端部までの長さＬｂの比Ｌｂ／Ｌａが、０．３８≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．４２の
範囲にあること、
を特徴とする請求項１に記載の振動片。
【請求項４】
前記容量部は、前記励振電極の前記基端部と反対側の端部から前記振動腕の先端までの
領域の少なくとも一部に設けられている、
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の振動片。
【請求項５】
前記励振電極は、前記振動腕の側面に設けられた側面電極を含み、
前記容量部と前記側面電極との間で浮遊容量が生じている、
ことを特徴とする請求項４に記載の振動片。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の振動片と、
前記振動片が格納されたパッケージと、
を有することを特徴とする振動子。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の振動片と、
前記振動片に接続された発振回路と、
を有することを特徴とする発振器。
【請求項８】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の振動片を有する、
ことを特徴とする電子機器。
【請求項１】
基部と、
前記基部の基端部から第１方向に延在されている振動腕と、
前記振動腕の主面に設けられている励振電極と、を有し、
前記励振電極は、前記基端部から前記振動腕の前記第１方向の長さの５０％までの範囲
内に設けられ、
前記励振電極には、容量部が接続されることを特徴とする振動片。
【請求項２】
前記振動腕の前記第１方向の長さＬａに対する前記基端部から前記励振電極の前記基端
部と反対側の端部までの長さＬｂの比Ｌｂ／Ｌａが、０．３４≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．４６の
範囲にあること、
を特徴とする請求項１に記載の振動片。
【請求項３】
前記振動腕の前記第１方向の長さＬａに対する前記基端部から前記励振電極の前記基端
部と反対側の端部までの長さＬｂの比Ｌｂ／Ｌａが、０．３８≦Ｌｂ／Ｌａ≦０．４２の
範囲にあること、
を特徴とする請求項１に記載の振動片。
【請求項４】
前記容量部は、前記励振電極の前記基端部と反対側の端部から前記振動腕の先端までの
領域の少なくとも一部に設けられている、
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の振動片。
【請求項５】
前記励振電極は、前記振動腕の側面に設けられた側面電極を含み、
前記容量部と前記側面電極との間で浮遊容量が生じている、
ことを特徴とする請求項４に記載の振動片。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の振動片と、
前記振動片が格納されたパッケージと、
を有することを特徴とする振動子。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の振動片と、
前記振動片に接続された発振回路と、
を有することを特徴とする発振器。
【請求項８】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の振動片を有する、
ことを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−５４２４（Ｐ２０１３−５４２４Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３８２２８（Ｐ２０１１−１３８２２８）
【出願日】平成２３年６月２２日（２０１１．６．２２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２２日（２０１１．６．２２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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