特開 2024-129917 圧電振動片、圧電振動子、及び発振器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024129917

(43)【公開日】2024-09-30

(54)【発明の名称】圧電振動片、圧電振動子、及び発振器

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/215 20060101AFI20240920BHJP

   H03H 9/17 20060101ALI20240920BHJP

   H03H 9/10 20060101ALI20240920BHJP

   H03B 5/32 20060101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

H03H9/215

H03H9/17 G

H03H9/10

H03B5/32 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023039308

(22)【出願日】2023-03-14

(71)【出願人】

【識別番号】713005174

【氏名又は名称】エスアイアイ・クリスタルテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100142837

【弁理士】

【氏名又は名称】内野 則彰

(74)【代理人】

【識別番号】100166305

【弁理士】

【氏名又は名称】谷川 徹

(72)【発明者】

【氏名】加藤 雅基

(72)【発明者】

【氏名】市村 直也

【テーマコード（参考）】

5J079

5J108

【Ｆターム（参考）】

5J079AA04

5J079BA44

5J079HA03

5J079HA07

5J079HA10

5J079HA22

5J079JA01

5J079JA02

5J108AA01

5J108BB02

5J108CC06

5J108CC08

5J108CC11

5J108CC12

5J108EE03

5J108EE07

5J108EE13

5J108EE14

5J108EE18

5J108GG03

5J108GG11

5J108GG15

5J108GG16

(57)【要約】

【課題】音叉型の圧電振動片の小型化に伴う振動効率の低下を抑制する。
【解決手段】圧電振動片３は、基部２０と、基部２０から平行に延びる一対の振動腕部２１，２２と、を備え、振動腕部２２（振動腕部２１も同様）は、基部２０から延びるアーム部２１ａ，２２ａと、アーム部２１ａ，２２ａの先端に連設され、アーム部２１ａ，２２ａより幅が広いヘッド部２１ｂ，２２ｂと、を備え、ヘッド部２１ｂ，２２ｂの長さをＬｈ［μｍ］、ヘッド部２１ｂ，２２ｂの幅をＷｈ［μｍ］、ヘッド部２１ｂ，２２ｂの体積をＶｈ［μｍ^３］としたとき、０．１３×１０^１２≦Ｖｈ（Ｌｈ^２＋Ｗｈ^２）≦０．３９×１０^１２の関係を満たす。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基部と、
前記基部から平行に延びる一対の振動腕部と、を備え、
前記振動腕部は、
前記基部から延びるアーム部と、
前記アーム部の先端に連設され、前記アーム部より幅が広いヘッド部と、を備え、
前記ヘッド部の長さをＬｈ［μｍ］、前記ヘッド部の幅をＷｈ［μｍ］、前記ヘッド部の体積をＶｈ［μｍ^３］としたとき、
０．１３×１０^１２≦Ｖｈ（Ｌｈ^２＋Ｗｈ^２）≦０．３９×１０^１２
の関係を満たす、
圧電振動片。

【請求項2】

さらに、
Ｖｈ（Ｌｈ^２＋Ｗｈ^２）≦０．３３×１０^１２
の関係を満たす、
請求項１に記載の圧電振動片。

【請求項3】

さらに、
０．１４５×１０^１２≦Ｖｈ（Ｌｈ^２＋Ｗｈ^２）
の関係を満たす、
請求項１または２に記載の圧電振動片。

【請求項4】

前記振動腕部の前記基部から先端までの長さをＬａ［μｍ］としたとき、
０．２４≦Ｌｈ／Ｌａ≦０．３５
の関係を満たす、
請求項１または２に記載の圧電振動片。

【請求項5】

さらに、
Ｌｈ／Ｌａ≦０．３２
の関係を満たす、
請求項４に記載の圧電振動片。

【請求項6】

さらに、
０．２７≦Ｌｈ／Ｌａ
の関係を満たす、
請求項４に記載の圧電振動片。

【請求項7】

前記基部から延び、前記一対の振動腕部の幅方向両側に配置される一対のサイドアームを備える、
請求項１または２に記載の圧電振動片。

【請求項8】

前記基部から延び、前記一対の振動腕部の間に配置されるセンターアームを備える、
請求項１または２に記載の圧電振動片。

【請求項9】

請求項１または２に記載の圧電振動片と、
前記圧電振動片を封止したパッケージと、を備える、
圧電振動子。

【請求項10】

請求項９に記載の圧電振動子と、
前記圧電振動子に電気的に接続された集積回路と、を備える、
発振器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、圧電振動片、圧電振動子、及び発振器に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、音叉型の圧電振動片が知られている。この圧電振動片は、基部と、基部から平行に延びる一対の振動腕部と、を備えている。圧電振動片は、小型化を図り、振動特性を高める目的で、各振動腕部の先端にハンマーヘッドと言われる錘部（ヘッド部）が形成される場合がある（例えば、下記特許文献１及び２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６５２１１４８号公報

【特許文献2】特許第７０６００７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記音叉型の圧電振動片を従来よりもさらに小型化する場合、圧電振動片の全幅に対する全長の比率が小さくなり、その影響として、周波数調整のために、先端のヘッド部を相対的に大きくする必要がある。そうすると、ヘッド部が振動腕部の振動効率を低下させ、ＣＩ値（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）が上昇してしまう、という課題がある。

【0005】

本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、音叉型の圧電振動片の小型化に伴う振動効率の低下を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

（１）：本開示の一態様に係る圧電振動片は、基部と、前記基部から平行に延びる一対の振動腕部と、を備え、前記振動腕部は、前記基部から延びるアーム部と、前記アーム部の先端に連設され、前記アーム部より幅が広いヘッド部と、を備え、前記ヘッド部の長さをＬｈ［μｍ］、前記ヘッド部の幅をＷｈ［μｍ］、前記ヘッド部の体積をＶｈ［μｍ^３］としたとき、０．１３×１０^１２≦Ｖｈ（Ｌｈ^２＋Ｗｈ^２）≦０．３９×１０^１２の関係を満たす。

【0007】

本態様に係る圧電振動片によれば、ヘッド部の振動時の慣性モーメントにおける寸法起因部分を数値限定することで、ＣＩ値を低減させながら、周波数の変化を抑えることができる。

【0008】

（２）：（１）の態様の圧電振動片において、さらに、Ｖｈ（Ｌｈ^２＋Ｗｈ^２）≦０．３３×１０^１２の関係を満たしてもよい。

【0009】

この場合には、Ｖｈ（Ｌｈ^２＋Ｗｈ^２）＝０．３９×１０^１２のときよりも、ＣＩ値を５％程度低減できる。

【0010】

（３）：（１）または（２）の態様の圧電振動片において、さらに、０．１４５×１０^１２≦Ｖｈ（Ｌｈ^２＋Ｗｈ^２）の関係を満たしてもよい。

【0011】

この場合には、Ｖｈ（Ｌｈ^２＋Ｗｈ^２）＝０．１３×１０^１２のときから、周波数の変化を５％以内に抑えられる。

【0012】

（４）：（１）から（３）のいずれかの態様の圧電振動片において、前記振動腕部の前記基部から先端までの長さをＬａ［μｍ］としたとき、０．２４≦Ｌｈ／Ｌａ≦０．３５の関係を満たしてもよい。

【0013】

この場合には、振動腕部の長さに対するヘッド部の長さの比率を数値限定することで、ＣＩ値を低減させながら、周波数の変化を抑えることができる。

【0014】

（５）：（４）の態様の圧電振動片において、さらに、Ｌｈ／Ｌａ≦０．３２の関係を満たしてもよい。

【0015】

この場合には、Ｌｈ／Ｌａ＝０．３５のときによりも、ＣＩ値を５％程度低減できる。

【0016】

（６）：（４）または（５）の態様の圧電振動片において、さらに、０．２７≦Ｌｈ／Ｌａの関係を満たしてもよい。

【0017】

この場合には、Ｌｈ／Ｌａ＝０．２４のときから、周波数の変化を５％以内に抑えられる。

【0018】

（７）：（１）から（６）のいずれかの態様の圧電振動片において、前記基部から延び、前記一対の振動腕部の幅方向両側に配置される一対のサイドアームを備えてもよい。

【0019】

この場合には、一対のサイドアームを備える圧電振動片の小型化に伴う振動効率の低下を抑制することができる。

【0020】

（８）：（１）から（６）のいずれかの態様の圧電振動片において、前記基部から延び、前記一対の振動腕部の間に配置されるセンターアームを備えてもよい。

【0021】

この場合には、センターアームを備える圧電振動片の小型化に伴う振動効率の低下を抑制することができる。

【0022】

（９）：本開示の一態様に係る圧電振動子は、（１）から（８）のいずれかの態様の圧電振動片と、前記圧電振動片を封止したパッケージと、を備える。

【0023】

本態様に係る圧電振動子によれば、小型で品質のよい圧電振動子が得られる。

【0024】

（１０）：本開示の一態様に係る発振器は、（９）の態様の圧電振動子と、前記圧電振動子に電気的に接続された集積回路と、を備える。

【0025】

本態様に係る発振器によれば、小型で品質のよい発振器が得られる。

【発明の効果】

【0026】

上記本開示の一態様によれば、音叉型の圧電振動片の小型化に伴う振動効率の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】第１実施形態に係る圧電振動子の分解斜視図である。

【図2】第１実施形態に係る圧電振動片の寸法関係を説明する平面図である。

【図3】第１実施形態に係る圧電振動片のＶｈ×（Ｌｈ^２＋Ｗｈ^２）とＲ１（ＣＩ値）との関係の解析結果を示すグラフである。

【図4】第１実施形態に係る圧電振動片のＶｈ×（Ｌｈ^２＋Ｗｈ^２）とＦ（周波数）との関係の解析結果を示すグラフである。

【図5】第１実施形態に係る圧電振動片のＬｈ／ＬａとＲ１（ＣＩ値）との関係の解析結果を示すグラフである。

【図6】第１実施形態に係る圧電振動片のＬｈ／ＬａとＦ（周波数）との関係の解析結果を示すグラフである。

【図7】第２実施形態に係る圧電振動片の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

［第１実施形態］
先ず、本開示に係る第１実施形態について図面を参照して説明する。

【0029】

（発振器）
図１は、第１実施形態に係る発振器１００の分解斜視図である。
図１に示す発振器１００は、発振子として機能する圧電振動子１と、発振器用の集積回路１０１と、を備えている。集積回路１０１は、例えば、図示しない基板を介して圧電振動子１と電気的に接続される。

【0030】

圧電振動子１に電力が供給されると、圧電振動子１の圧電振動片３が振動する。圧電振動片３の振動は、圧電振動片３が有する圧電特性により、電気信号へ変換される。この電気信号は、圧電振動子１から集積回路１０１へ出力される。集積回路１０１は、圧電振動子１から出力された電気信号に各種処理を実行することで、周波数信号を生成する。

【0031】

発振器１００は、例えば、時計用の単機能発振器、コンピューターなどの各種装置の動作タイミングを制御するタイミング制御装置、時刻あるいはカレンダーなどを提供する装置などに応用できる。集積回路１０１は、発振器１００に要求される機能に応じて構成され、いわゆるＲＴＣ（リアルタイムクロック）モジュールを含んでいてもよい。

【0032】

（圧電振動子）
図１に示すように、圧電振動子１は、内部に気密封止されたキャビティ４を有するパッケージ２と、キャビティ４内に収容された音叉型の圧電振動片３と、を備えたセラミックパッケージタイプの表面実装型振動子とされている。

【0033】

なお、圧電振動子１は、概略直方体状に形成されており、本実施形態では平面視において圧電振動子１の長手方向を長さ方向Ｌといい、短手方向を幅方向Ｗといい、これら長さ方向Ｌ及び幅方向Ｗに対して直交する方向を厚み方向Ｔという。

【0034】

パッケージ２は、パッケージ本体１０と、このパッケージ本体１０に対して接合されると共に、パッケージ本体１０との間にキャビティ４を形成する封口板１１と、を備えている。

【0035】

パッケージ本体１０は、互いに重ね合わされた状態で接合された第１ベース基板１２及び第２ベース基板１３と、第２ベース基板１３上に接合されたシールリング１４と、を備えている。
第１ベース基板１２は、平面視略長方形状に形成されたセラミックス製の基板とされている。第２ベース基板１３は、第１ベース基板１２と同じ外形形状である平面視略長方形状に形成されたセラミックス製の基板とされており、第１ベース基板１２上に重ねられた状態で焼結等の方法によって一体的に接合されている。

【0036】

第１ベース基板１２及び第２ベース基板１３の四隅には、平面視１／４円弧状の切欠部１５が、厚み方向Ｔの全体に亘って形成されている。これら第１ベース基板１２及び第２ベース基板１３は、例えばウエハ状のセラミック基板を２枚重ねて接合した後、両セラミック基板を貫通する複数のスルーホールを行列状に形成し、その後、各スルーホールを基準としながら両セラミック基板を格子状に切断することで作製される。その際、スルーホールが４分割されることで、切欠部１５となる。
また、第２ベース基板１３の上面は、圧電振動片３がマウントされる実装面１３ａとされている。

【0037】

なお、第１ベース基板１２及び第２ベース基板１３はセラミックス製としたが、その具体的なセラミックス材料としては、例えばアルミナ製のＨＴＣＣ（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ－Ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ）や、ガラスセラミックス製のＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ－Ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ）等が挙げられる。

【0038】

シールリング１４は、第１ベース基板１２及び第２ベース基板１３の外形よりも一回り小さい導電性の枠状部材であり、第２ベース基板１３の実装面１３ａに接合されている。具体的には、シールリング１４は、銀ロウ等のロウ材や半田材等による焼付けによって実装面１３ａ上に接合、或いは、実装面１３ａ上に形成（例えば、電解メッキや無電解メッキの他、蒸着やスパッタ等により）された金属接合層に対する溶着等によって接合されている。

【0039】

なお、シールリング１４の材料としては、例えばニッケル基合金等が挙げられ、具体的にはコバール、エリンバー、インバー、４２－アロイ等から選択すれば良い。特に、シールリング１４の材料としては、セラミック製とされている第１ベース基板１２及び第２ベース基板１３に対して熱膨張係数が近いものを選択することが好ましい。例えば、第１ベース基板１２及び第２ベース基板１３として、熱膨張係数６．８×１０－６／℃のアルミナを用いる場合には、シールリング１４としては、熱膨張係数５．２×１０－６／℃のコバールや、熱膨張係数４．５～６．５×１０－６／℃の４２－アロイを用いることが好ましい。

【0040】

封口板１１は、シールリング１４上に重ねられた導電性基板であり、シールリング１４に対する接合によってパッケージ本体１０に対して気密に接合されている。そして、この封口板１１とシールリング１４と第２ベース基板１３の実装面１３ａとで画成された空間が、気密に封止されたキャビティ４として機能する。

【0041】

なお、封口板１１の溶接方法としては、例えばローラ電極を接触させることによるシーム溶接や、レーザー溶接、超音波溶接等が挙げられる。また、封口板１１とシールリング１４との溶接をより確実なものとするため、互いになじみの良いニッケルや金等の接合層を、少なくとも封口板１１の下面と、シールリング１４の上面とにそれぞれ形成することが好ましい。

【0042】

第２ベース基板１３の実装面１３ａには、圧電振動片３との接続電極である一対の電極パッド１６ａ，１６ｂが幅方向Ｗに間隔をあけて形成されている。第１ベース基板１２の下面には、一対の外部電極１７ａ，１７ｂが、長さ方向Ｌに間隔をあけて形成されている。これら電極パッド１６ａ，１６ｂ及び外部電極１７ａ，１７ｂは、例えば蒸着やスパッタ等で形成された単一金属による単層膜、又は異なる金属が積層された積層膜であり、互いにそれぞれ導通している。

【0043】

すなわち、第１ベース基板１２及び第２ベース基板１３には、一方の電極パッド１６ａと一方の外部電極１７ａとを導通させる図示しない導通電極が形成されている。また、第１ベース基板１２及び第２ベース基板１３には、他方の電極パッド１６ｂと他方の外部電極１７ｂとを導通させる図示しない導通電極が形成されている。これら導通電極は、第１ベース基板１２及び第２ベース基板１３において厚み方向Ｔに延在し、第１ベース基板１２及び第２ベース基板１３の間において平面方向（長さ方向Ｌ、幅方向Ｗを含む方向）に延在している。

【0044】

第２ベース基板１３の実装面１３ａには、圧電振動片３に対向する部分に、落下等による衝撃の影響によって一対の振動腕部２１，２２等が厚さ方向Ｔに変位（撓み変形）した際に、圧電振動片３との接触を回避する凹部１９が形成されている。この凹部１９は、第２ベース基板１３を貫通する貫通孔とされているとともに、シールリング１４の内側において四隅が丸み帯びた平面視正方形状に形成されている。一対の電極パッド１６ａ，１６ｂは、凹部１９の幅方向Ｗの両側面から幅方向Ｗの内側に突出した一対の突部１３ｂ上に形成されている。

【0045】

そして、圧電振動片３は、図示しない金属バンプや導電性接着剤等を介して、基部２０から延びる一対のサイドアーム２３，２４の一対のマウント電極が、一対の電極パッド１６ａ，１６ｂに接触するようにマウントされる。これにより、圧電振動片３は、第２ベース基板１３の実装面１３ａ上から浮いた状態で支持されると共に、一対の電極パッド１６ａ，１６ｂにそれぞれ電気的に接続された状態とされる。

【0046】

（圧電振動片）
圧電振動片３は、水晶、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等の圧電材料から形成された音叉型の振動片であり、所定の電圧が印加されたときに振動する。
圧電振動片３は、基部２０と、一対の振動腕部２１，２２と、を備えている。

【0047】

一対の振動腕部２１，２２は、基部２０から長さ方向Ｌに沿って互いに平行に延在している。一対の振動腕部２１，２２は、延在方向における先端側が、基端側（基部２０側）を固定端として振動する自由端とされている。一対の振動腕部２１，２２は、先端側の幅寸法が基端側に比べて拡大されたハンマーヘッドタイプである。

【0048】

一対の振動腕部２１，２２をハンマーヘッドタイプにした場合は、振動腕部２１，２２の先端側の重量および振動時の慣性モーメントを増大させることができ、それにより、振動腕部２１，２２を振動し易くすることができる。従って、振動腕部２１，２２の長さを短くすることができ、小型化が図れるメリットがある。

【0049】

一対の振動腕部２１，２２は、厚さ方向Ｔの両表面に、一対の振動腕部２１，２２の長さ方向Ｌ（延在方向）に沿ってそれぞれ形成された溝部２５を備えている。溝部２５は、例えば、一対の振動腕部２１，２２の基端側から先端側に至る間に形成されている。
また、一対の振動腕部２１，２２には、これら振動腕部２１，２２を幅方向Ｗに振動させる、互いに絶縁された２系統の励振電極が設けられている。

【0050】

基部２０は、一対の振動腕部２１，２２の基端同士を一体に接続している。また、基部２０からは、一対のサイドアーム２３，２４が延びている。一対のサイドアーム２３，２４は、平面視でＬ字状であり、一対の振動腕部２１，２２を幅方向Ｗの外側から取り囲んでいる。具体的に、一対のサイドアーム２３，２４は、幅方向Ｗの外側に向けて突設された後、長さ方向Ｌに沿って一対の振動腕部２１，２２と平行に延在している。

【0051】

このように構成された圧電振動子１を作動させる場合には、一対の外部電極１７ａ，１７ｂに対して、所定の駆動電圧を印加する。これにより、一対の電極パッド１６ａ，１６ｂを介して、圧電振動片３の一対の振動腕部２１，２２の励振電極に電流を流すことができる。そして、これら励振電極の相互作用により一対の振動腕部２１，２２が互いに接近、離間する方向（幅方向Ｗ）に所定の共振周波数で振動する。この一対の振動腕部２１，２２の振動は、時刻源、制御信号のタイミング源やリファレンス信号源等として用いることができる。

【0052】

なお、本実施形態においては、圧電振動片３を用いた圧電振動子１として、セラミックパッケージタイプの表面実装型振動子について説明したが、圧電振動片３を、ガラス材によって形成されるベース基板およびリッド基板が陽極接合によって接合されるガラスパッケージタイプの圧電振動子１に適用することも可能である。

【0053】

また、本実施形態においては、圧電振動片３として、一対の振動腕部２１，２２に溝部２５が形成されているものを用いたが、溝部２５が形成されていない圧電振動片を用いてもよい。

【0054】

（圧電振動片の寸法）
図２は、第１実施形態に係る圧電振動片３の寸法関係を説明する平面図である。
図２に示すように、圧電振動片３の一対の振動腕部２１，２２は、基部２０から長さ方向Ｌに延伸するアーム部２１ａ，２２ａと、アーム部２１ａ，２２ａの先端に連設されたヘッド部２１ｂ，２２ｂと、を備えている。

【0055】

アーム部２１ａ，２２ａの外表面上には、図示しない励振電極が形成されている。励振電極は、所定の駆動電圧が印加されたときに、一対の振動腕部２１，２２を幅方向Ｗに振動させる。励振電極は、アーム部２１ａ，２２ａの外表面上において、互いに電気的に絶縁された状態でパターニングされている。

【0056】

ヘッド部２１ｂ，２２ｂの外表面上には、図示しない重り金属膜が形成されている。重り金属膜は、一対の振動腕部２１，２２の先端における質量を増加させ、一対の振動腕部２１，２２を短縮したときに、共振周波数の上昇を抑制するために設けられている。本実施形態では、重り金属膜は、励振電極と一体で形成されている。

【0057】

ヘッド部２１ｂ，２２ｂは、アーム部２１ａ，２２ａよりも幅広に形成されている。ヘッド部２１ｂ，２２ｂは、平面視矩形状に形成されている。ヘッド部２１ｂ，２２ｂとアーム部２１ａ，２２ａとの連設部分には、角部の応力集中を緩和するテーパー部が形成されている。なお、励振電極及び重り金属膜を除けば、ヘッド部２１ｂ，２２ｂの厚みは、アーム部２１ａ，２２ａと等しい。

【0058】

この圧電振動片３は、ヘッド部２１ｂ，２２ｂの長さをＬｈ［μｍ］、ヘッド部２１ｂ，２２ｂの幅をＷｈ［μｍ］、ヘッド部２１ｂ，２２ｂの体積をＶｈ［μｍ^３］としたとき、下式（１）の関係を満たす。なお、下式（１）の寸法関係は、振動腕部２１，２２の各々で満たす。後述する式（２）も同様である。
０．１３×１０^１２≦Ｖｈ（Ｌｈ^２＋Ｗｈ^２）≦０．３９×１０^１２ …（１）

【0059】

「Ｌｈ」とは、上述したテーパー部を含まない、ヘッド部２１ｂ，２２ｂの長さ方向Ｌの寸法である。また、「Ｖｈ（Ｌｈ^２＋Ｗｈ^２）」とは、ヘッド部２１ｂ，２２ｂの振動時の慣性モーメントに起因する関数である。図２のように、ヘッド部２１ｂ，２２ｂの中心（重心）に、紙面垂直方向（厚み方向Ｔ）に延びる回転中心Ｏを設定した場合、直方体（ヘッド部２１ｂ，２２ｂ）の慣性モーメントＩは、Ｉ＝ρ×Ｖｈ×（Ｌｈ^２＋Ｗｈ^２）／１２で求めることができる。ここで、「ρ」は、圧電振動片３の密度であり、圧電振動片３が水晶から形成される場合、ρ＝２．６５［ｇ／ｃｍ^３］である。つまり、「Ｌｈ」、「Ｗｈ」、「Ｖｈ」以外は、定数になる。

【0060】

図３は、第１実施形態に係る圧電振動片３のＶｈ×（Ｌｈ^２＋Ｗｈ^２）とＲ１（ＣＩ値）との関係の解析結果を示すグラフである。
図３に示すように、Ｖｈ（Ｌｈ^２＋Ｗｈ^２）が０．３９×１０^１２［μｍ^５］以下であるとき、Ｒ１を８０［ｋΩ］以下に低減させることができる。なお、閾値の８０［ｋΩ］とは、一般的な音叉型水晶振動子の仕様に基づく値である。

【0061】

また、図３に示すように、Ｖｈ（Ｌｈ^２＋Ｗｈ^２）が０．３３×１０^１２［μｍ^５］以下であるとき、Ｒ１をさらに５％程度低減できる。したがって、Ｖｈ（Ｌｈ^２＋Ｗｈ^２）は、０．３９×１０^１２［μｍ^５］以下が好ましく、０．３３×１０^１２［μｍ^５］以下がより好ましい。

【0062】

図４は、第１実施形態に係る圧電振動片３のＶｈ×（Ｌｈ^２＋Ｗｈ^２）とＦ（周波数）との関係の解析結果を示すグラフである。
図４に示すように、Ｖｈ（Ｌｈ^２＋Ｗｈ^２）が０．１３×１０^１２［μｍ^５］以上であるとき、Ｆを４００００［Ｈｚ］以下に抑えることができる。なお、閾値の４００００［Ｈｚ］とは、一般的な音叉型水晶振動子の仕様に基づく値である。なお、４００００［Ｈｚ］を超えると、圧電振動片３の振動を抑制するために、ヘッド部２１ｂ，２２ｂに重り金属膜（例えば金）を厚く形成しなければならず、圧電振動片３の製造コストが上昇する。

【0063】

また、図４に示すように、Ｖｈ（Ｌｈ^２＋Ｗｈ^２）が０．１４５×１０^１２［μｍ^５］以上であるとき、Ｆをさらに５％程度低減できる。したがって、Ｖｈ（Ｌｈ^２＋Ｗｈ^２）は、０．１３×１０^１２［μｍ^５］以上が好ましく、０．１４５×１０^１２［μｍ^５］以上がより好ましい。

【0064】

図２に戻り、さらに、圧電振動片３は、ヘッド部２１ｂ，２２ｂの長さをＬｈ［μｍ］、振動腕部２１，２２の基部２０から先端までの長さをＬａ［μｍ］としたとき、下式（２）の関係を満たすとよい。
０．２４≦Ｌｈ／Ｌａ≦０．３５ …（２）

【0065】

図５は、第１実施形態に係る圧電振動片３のＬｈ／ＬａとＲ１（ＣＩ値）との関係の解析結果を示すグラフである。なお、図５では、Ｌａを固定し、Ｌｈを変化させている。
図５に示すように、Ｌｈ／Ｌａが０．３５［％］以下であるとき、Ｒ１を８０［ｋΩ］以下に低減させることができる。また、Ｌｈ／Ｌａが０．３２［％］以下であるとき、Ｒ１をさらに５％程度低減できる。したがって、Ｌｈ／Ｌａは、０．３５［％］以下が好ましく、０．３２［％］以下がより好ましい。

【0066】

図６は、第１実施形態に係る圧電振動片３のＬｈ／ＬａとＦ（周波数）との関係の解析結果を示すグラフである。なお、図６では、Ｌａを固定し、Ｌｈを変化させている。
図６に示すように、Ｌｈ／Ｌａが０．２４［％］以上であるとき、Ｆを４００００［Ｈｚ］以下に抑えることができる。また、Ｌｈ／Ｌａが０．２７［％］以上であるとき、Ｆをさらに５％程度低減できる。したがって、Ｌｈ／Ｌａは、０．２４［％］以上が好ましく、０．２４［％］以上がより好ましい。

【0067】

以上説明したように、本実施形態の圧電振動片３によれば、広幅のヘッド部２１ｂ，２２ｂの寸法に制限を設けることで、音叉型の圧電振動片３の小型化に伴う振動効率の低下を抑制することができる。

【0068】

このように、本実施形態の圧電振動片３は、基部２０と、基部２０から平行に延びる一対の振動腕部２１，２２と、を備え、振動腕部２１，２２は、基部２０から延びるアーム部２１ａ，２２ａと、アーム部２１ａ，２２ａの先端に連設され、アーム部２１ａ，２２ａより幅が広いヘッド部２１ｂ，２２ｂと、を備え、ヘッド部２１ｂ，２２ｂの長さをＬｈ［μｍ］、ヘッド部２１ｂ，２２ｂの幅をＷｈ［μｍ］、ヘッド部２１ｂ，２２ｂの体積をＶｈ［μｍ^３］としたとき、０．１３×１０^１２≦Ｖｈ（Ｌｈ^２＋Ｗｈ^２）≦０．３９×１０^１２の関係を満たす。この構成によれば、ヘッド部２１ｂ，２２ｂの振動時の慣性モーメントにおける寸法起因部分を数値限定することで、ＣＩ値を低減させながら、周波数の変化を抑えることができる。

【0069】

また、本実施形態の圧電振動片３において、さらに、Ｖｈ（Ｌｈ^２＋Ｗｈ^２）≦０．３３×１０^１２の関係を満たすとよい。この構成によれば、Ｖｈ（Ｌｈ^２＋Ｗｈ^２）＝０．３９×１０^１２のときよりも、ＣＩ値を５％程度低減できる。

【0070】

また、本実施形態の圧電振動片３において、さらに、０．１４５×１０^１２≦Ｖｈ（Ｌｈ^２＋Ｗｈ^２）の関係を満たすとよい。この構成によれば、Ｖｈ（Ｌｈ^２＋Ｗｈ^２）＝０．１３×１０^１２のときから、周波数の変化を５％以内に抑えられる。

【0071】

また、本実施形態の圧電振動片３において、振動腕部２１，２２の基部２０から先端までの長さをＬａ［μｍ］としたとき、０．２４≦Ｌｈ／Ｌａ≦０．３５の関係を満たすとよい。この構成によれば、振動腕部２１，２２の長さに対するヘッド部２１ｂ，２２ｂの長さの比率を数値限定することで、ＣＩ値を低減させながら、周波数の変化を抑えることができる。

【0072】

また、本実施形態の圧電振動片３において、さらに、Ｌｈ／Ｌａ≦０．３２の関係を満たすとよい。この構成によれば、Ｌｈ／Ｌａ＝０．３５のときによりも、ＣＩ値を５％程度低減できる。

【0073】

また、本実施形態の圧電振動片３において、さらに、０．２７≦Ｌｈ／Ｌａの関係を満たすとよい。この構成によれば、Ｌｈ／Ｌａ＝０．２４のときから、周波数の変化を５％以内に抑えられる。

【0074】

また、本実施形態の圧電振動片３において、基部２０から延び、一対の振動腕部２１，２２の幅方向両側に配置される一対のサイドアーム２３，２４を備える。この構成によれば、一対のサイドアーム２３，２４を備える圧電振動片３の小型化に伴う振動効率の低下を抑制することができる。

【0075】

また、本実施形態の圧電振動子１は、圧電振動片３と、圧電振動片３を封止したパッケージ２と、を備える。この構成によれば、小型で品質のよい圧電振動子１が得られる。

【0076】

また、本実施形態の発振器１００は、圧電振動子１と、圧電振動子１に電気的に接続された集積回路１０１と、を備える。この構成によれば、小型で品質のよい発振器１００が得られる。

【0077】

［第２実施形態］
次に、本開示の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

【0078】

図７は、第２実施形態に係る圧電振動片３の平面図である。
図７に示すように、第２実施形態の圧電振動片３は、基部２０から延び、一対の振動腕部２１，２２の間に配置されるセンターアーム２６を備える点で、上記実施形態と異なる。

【0079】

センターアーム２６は、平面視で略長方形であり、幅方向Ｗにおいて一対の振動腕部２１，２２の間に配置されている。センターアーム２６は、長さ方向Ｌに沿って一対の振動腕部２１，２２と平行に延在し、ヘッド部２１ｂ，２２ｂの手前まで延びている。

【0080】

この場合、センターアーム２６に形成された図示しないマウント電極が、パッケージ２の電極パッドに接触するようにマウントされる。なお、広幅のヘッド部２１ｂ，２２ｂ等の寸法制限については、第１実施形態と同様である。

【0081】

このように、第２実施形態の圧電振動片３において、基部２０から延び、一対の振動腕部２１，２２の間に配置されるセンターアーム２６を備えている。この構成によれば、第１実施形態と同様に、センターアーム２６を備える圧電振動片３の小型化に伴う振動効率の低下を抑制することができる。

【0082】

以上、本開示の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらの開示は本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。

【0083】

例えば、上記実施形態では、上記実施形態では、圧電振動片３として、一対のサイドアーム２３，２４またはセンターアーム２６を備えたタイプを例示したが、一対のサイドアーム２３，２４またはセンターアーム２６が無いものであっても構わない。この場合、基部２０をマウント部として、パッケージ２内に圧電振動片３を実装してもよい。

【符号の説明】

【0084】

１…圧電振動子、２…パッケージ、３…圧電振動片、４…キャビティ、１０…パッケージ本体、１１…封口板、１２…第１ベース基板、１３…第２ベース基板、１３ａ…実装面、１３ｂ…突部、１４…シールリング、１５…切欠部、１６ａ…電極パッド、１６ｂ…電極パッド、１７ａ…外部電極、１７ｂ…外部電極、１９…凹部、２０…基部、２１…振動腕部、２１ａ…アーム部、２１ｂ…ヘッド部、２２…振動腕部、２２ａ…アーム部、２２ｂ…ヘッド部、２３…サイドアーム、２４…サイドアーム、２５…溝部、２６…センターアーム、１００…発振器、１０１…集積回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】