JP2013098814A - 圧電振動片及び圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、励振部への応力の影響が抑えられた圧電振動片及び圧電デバイスを提供する。
【解決手段】圧電振動片（１３０）は、両主面に一対の励振電極（１３４）が形成され、第１方向に伸びる第１辺（１３８ａ）及び第１辺よりも長く第１方向に直交する第２方向に伸びる第２辺（１３８ｂ）を含む矩形形状の励振部（１３１）と、励振部を囲む枠部（１３２）と、励振部と枠部とを連結し、第１辺に接続され第１方向に伸びる第３辺（１３８ｃ）と枠部に接続され第１方向に伸びる第４辺（１３８ｄ）とを有して枠部よりも厚さが薄い連結部（１３３）と、を備え、第３辺と第４辺との長さが異なる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、励振部への応力の影響が抑えられた圧電振動片及び圧電デバイスに関する。

所定の周波数で振動する励振部と、励振部の周りを囲む枠部と、励振部及び枠部を連結する連結部と、を有する圧電振動片が知られている。このような圧電振動片には枠部の表裏面にリッド板及びベース板が接合されて圧電デバイスが形成され、圧電デバイスはプリント基板などに実装されて用いられる。このような圧電デバイスはプリント基板にかかる応力を受ける場合があり、圧電デバイスにかかる応力は、圧電振動片に影響を与え、励振部の振動周波数の特性を変化させる。

このような問題に対して、例えば特許文献１では連結部にノコギリ歯状の切欠きを形成することにより枠部から励振部へ伝達される応力が緩和されることが期待される旨が示されている。また、切欠きの深さが枠部の半分以上となり、枠部と励振部とが直線でつながらなくなる場合には、熱や応力の実質的な伝達距離が増すこととなり、大きな緩和効果を奏することとなる旨が示されている。

特開２００７−２１４９４２号公報

しかし、特許文献１に記載の圧電振動片は連結部に切欠きが形成されるため落下による衝撃等に弱くなることが考えられる。特に最近の圧電振動片は圧電デバイスの小型化のために薄型化されていることもあり、圧電振動片の中で最も耐衝撃性が弱い連結部に切欠きを形成することによる耐衝撃性の低下が懸念される。また、特許文献１では励振部の向かい合う辺にそれぞれ連結部が形成される両持ちの圧電振動片が開示されているが、励振部の１つの辺のみに連結部が連結される片持ちの圧電振動片では耐衝撃性がさらに弱くなる。そのため、圧電振動片には、励振部への応力の影響が抑えられるとともに十分な耐衝撃性を有することも望まれている。

本発明は、連結部において、励振部側の辺及び枠部側の辺を異なる長さに形成することにより励振部への応力の影響が抑えられた圧電振動片及び圧電デバイスを提供することを目的とする。

第１観点の圧電振動片は、両主面に一対の励振電極が形成され、第１方向に伸びる第１辺及び第１辺よりも長く第１方向に直交する第２方向に伸びる第２辺を含む矩形形状の励振部と、励振部を囲む枠部と、励振部と枠部とを連結し、第１辺に接続され第１方向に伸びる第３辺と枠部に接続され第１方向に伸びる第４辺とを有し、枠部よりも厚さが薄い連結部と、を備え、第３辺と第４辺との長さが異なる。

第２観点の圧電振動片は、第１観点において、連結部が１本であり励振部の第１辺の中央に連結されている。

第３観点の圧電振動片は、第１観点及び第２観点において、励振部が、励振電極が形成されるメサ領域と、メサ領域の周囲に形成されメサ領域よりも厚さが薄い周辺領域と、を有している。

第４観点の圧電振動片は、第３観点において、周辺領域の厚さが連結部の厚さよりも薄い。

第５観点の圧電振動片は、第３観点において、周辺領域の厚さと連結部の厚さとが等しい。

第６観点の圧電振動片は、第１観点から第５観点において、連結部が、第３辺の端部と第４辺の端部とを接続する連結部側に凹んだ曲線又は折れ線を含んで形成される。

第７観点の圧電振動片は、第１観点から第４観点において、連結部の第１方向側の側面に、励振部と枠部とを連結し、連結部の厚さよりも薄い補助連結部が形成されている。

第８観点の圧電振動片は、第７観点において、補助連結部の厚さと第１辺を含む励振部の厚さとが等しい。

第９観点の圧電デバイスは、第１観点から第８観点の圧電振動片と、圧電振動片の枠部の一方の主面に接合されるリッド板と、圧電振動片の枠部の他方の主面に接合されるベース板と、を含む。

本発明の圧電振動片及び圧電デバイスによれば、励振部への応力の影響を抑えることができる。

圧電デバイス１００の分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面の断面図である。 （ａ）は、圧電振動片１３０の平面図である。 （ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 （ａ）は、電極が形成されていない圧電振動片１３０の平面図である。 （ｂ）は、圧電振動片１３０の短辺曲げのシミュレーション結果である。 （ａ）は、圧電振動片１３０の励振部１３１の応力分布が示されたグラフである。 （ｂ）は、メサ領域１３１ａの中心点１３９ａ及び励振部１３１の−Ｘ軸側の端部の点１３９ｂでの短辺曲げの場合のＺ’軸方向の応力が示されたグラフである。 （ａ）は、電極が形成されていない圧電振動片２３０の平面図である。 （ｂ）は、図６（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 （ｃ）は、図６（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。 （ａ）は、電極が形成されていない圧電振動片３３０の平面図である。 （ｂ）は、図７（ａ）の点線１６１の拡大図である。 （ｃ）は、連結部３３３ｂの平面図である。 （ａ）は、電極が形成されていない圧電振動片４３０の平面図である。 （ｂ）は、圧電振動片４３０の短辺曲げのシミュレーション結果である。 （ａ）は、圧電振動片４３０の励振部１３１の応力分布が示されたグラフである。 （ｂ）は、圧電振動片４３０のメサ領域１３１ａの中心点１３９ａ及び励振部１３１の−Ｘ軸側の端点１３９ｂでの短辺曲げの場合のＺ’軸方向の応力が示されたグラフである。 （ａ）は、圧電振動片４３０の落下時にかかる応力のシミュレーション結果である。 （ｂ）は、圧電振動片１３０及び圧電振動片４３０の落下時にかかる最大応力の大きさが示されたグラフである。

以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

（第１実施形態）
＜圧電デバイス１００の構成＞
図１は、圧電デバイス１００の分解斜視図である。圧電デバイス１００は、リッド板１１０と、ベース板１２０と、圧電振動片１３０と、により構成されている。圧電振動片１３０には例えばＡＴカットの水晶振動片が用いられる。ＡＴカットの水晶振動片は、主面（ＹＺ面）が結晶軸（ＸＹＺ）のＹ軸に対して、Ｘ軸を中心としてＺ軸からＹ軸方向に３５度１５分傾斜されている。以下の説明では、ＡＴカットの水晶振動片の軸方向を基準とし、傾斜された新たな軸をＹ’軸及びＺ’軸として用いる。すなわち、圧電デバイス１００においては圧電デバイス１００の長辺方向をＸ軸方向、圧電デバイス１００の高さ方向をＹ’軸方向、Ｘ及びＹ’軸方向に垂直な方向をＺ’軸方向として説明する。

圧電振動片１３０は、所定の周波数で振動し四角形状に形成された励振部１３１と、励振部１３１を囲む枠部１３２と、励振部１３１と枠部１３２とを連結する１本の連結部１３３と、により構成されている。励振部１３１と枠部１３２との間の連結部１３３以外の領域は、圧電振動片１３０をＹ’軸方向に貫通する貫通孔１３６となっている。励振部１３１の＋Ｙ’軸側の面及び−Ｙ’軸側の面には励振電極１３４が形成されている。また励振部１３１は、励振電極１３４が形成されるメサ領域１３１ａと、メサ領域１３１ａの周囲に形成されメサ領域１３１ａよりもＹ’軸方向の厚さが薄い周辺領域１３１ｂと、により形成されている。＋Ｙ’軸側及び−Ｙ’軸側の面に形成されている励振電極１３４からは、連結部１３３を通り枠部１３２の−Ｙ’軸側の面にまでそれぞれ引出電極１３５が引き出されている。

ベース板１２０は、圧電振動片１３０の−Ｙ’軸側に配置される。ベース板１２０はＸ軸方向に長辺、Ｚ’軸方向に短辺を有する矩形形状に形成されている。ベース板１２０の−Ｙ’軸側の面には一対の外部電極１２４が形成されている。この外部電極１２４がハンダを介してプリント基板等に固定され電気的に接続されることにより、圧電デバイス１００がプリント基板等に実装される。また、ベース板１２０の四隅の側面にはキャスタレーション１２６が形成されており、キャスタレーション１２６にはキャスタレーション電極１２５が形成されている。ベース板１２０の＋Ｙ’軸側の面には凹部１２１が形成されており、凹部１２１の周りには接合面１２２が形成されている。また、接合面１２２の四隅でありキャスタレーション１２６の周りには接続電極１２３が形成されている。この接続電極１２３は、キャスタレーション１２６に形成されるキャスタレーション電極１２５を介して外部電極１２４に電気的に接続されている。ベース板１２０は、接合面１２２において封止材１４１（図２参照）を介して圧電振動片１３０の枠部１３２の−Ｙ’軸側の面に接合される。また、接続電極１２３と圧電振動片１３０の引出電極１３５とが電気的に接続される。

リッド板１１０は、圧電振動片１３０の＋Ｙ’軸側に配置される。リッド板１１０の−Ｙ’軸側の面には凹部１１１が形成されており、凹部１１１の周りには接合面１１２が形成されている。リッド板１１０は、接合面１１２において封止材１４１（図２参照）を介して圧電振動片１３０の枠部１３２の＋Ｙ’軸側の面に接合される。

図２は、図１のＡ−Ａ断面の断面図である。圧電デバイス１００は、圧電振動片１３０の枠部１３２の＋Ｙ’軸側の面にリッド板１１０が配置され、枠部１３２の−Ｙ’軸側の面にベース板１２０が配置されることにより圧電デバイス１００の内部にキャビティ１０１が形成される。また、圧電振動片１３０の枠部１３２、リッド板１１０の接合面１１２、及びベース板１２０の接合面１２２が互いに封止材１４１を介して接合されることにより、キャビティ１０１が密封される。圧電振動片１３０とベース板１２０とが接合される際には、枠部１３２の−Ｙ’軸側の面に形成されている引出電極１３５とベース板１２０の接合面１２２に形成されている接続電極１２３とが電気的に接続される。これによりメサ領域１３１ａの＋Ｙ’軸側及び−Ｙ’軸側に形成されている各励振電極１３４は、引出電極１３５、接続電極１２３、及びキャスタレーション電極１２５を介して外部電極１２４に電気的に接続される。

図３（ａ）は、圧電振動片１３０の平面図である。圧電振動片１３０は、矩形形状に形成された励振部１３１と、励振部１３１を囲む枠部１３２と、励振部１３１と枠部１３２とを連結する１本の連結部１３３と、により構成されている。励振部１３１は、励振部１３１の−Ｘ軸側の辺である第１辺１３８ａと、励振部１３１の＋Ｚ’軸側及び−Ｚ’軸側の辺である第２辺１３８ｂと、を有している。連結部１３３は、＋Ｘ軸側の辺である第３辺１３８ｃと、−Ｘ軸側の辺であり第３辺１３８ｃよりも長い第４辺１３８ｄと、を有する台形形状に形成されている。連結部１３３は第３辺１３８ｃが励振部１３１の第１辺１３８ａの中央に連結され、そこから−Ｘ軸方向に伸びて第４辺１３８ｄが枠部１３２に連結される。また、励振部１３１と枠部１３２との間の連結部１３３以外の領域は、圧電振動片１３０をＹ’軸方向に貫通する貫通孔１３６となっている。励振部１３１に形成されている周辺領域１３１ｂはメサ領域１３１ａを囲むように形成されている。メサ領域１３１ａの＋Ｙ’軸側の面に形成されている励振電極１３４からは、周辺領域１３１ｂ、連結部１３３の＋Ｙ’軸側の面、連結部１３３の＋Ｚ’軸側の側面、及び連結部１３３の−Ｙ’軸側の面を介し、枠部１３２の−Ｙ’軸側の面の−Ｘ軸側の＋Ｚ’軸側の角部にまで引出電極１３５が引き出されている。また、メサ領域１３１ａの−Ｙ’軸側の面に形成されている励振電極１３４（図３（ｂ）参照）からは、周辺領域１３１ｂ及び連結部１３３の−Ｙ’軸側の面を介して枠部１３２に引出電極１３５が引き出され、引出電極１３５はさらに枠部１３２の−Ｙ’軸側の面を−Ｚ’軸方向及び＋Ｘ軸方向に伸びて枠部１３２の−Ｙ’軸側の面の＋Ｘ軸側の−Ｚ’軸側の角部にまで引き出されている。

図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。圧電振動片１３０は、枠部１３２のＹ’軸方向への厚さが厚さＴ１、メサ領域１３１ａのＹ’軸方向の厚さが厚さＴ２、連結部１３３及び周辺領域１３１ｂのＹ’軸方向の厚さが厚さＴ３に形成されている。圧電振動片１３０では、厚さＴ１は厚さＴ２及び厚さＴ３よりも厚く形成されており、厚さＴ２は厚さＴ３より厚く形成されている。圧電振動片１３０では、周波数が例えば４０ＭＨｚである場合は、厚さＴ２が４１．７５μｍに形成される。

＜圧電振動片１３０のシミュレーション結果＞
圧電デバイスがプリント基板に実装された状態において、プリント基板を曲げた場合に圧電振動片にかかる応力を求めるためのシミュレーションを行った。シミュレーションは、プリント基板を圧電デバイス１００の長辺方向（Ｘ軸方向）に曲げた場合（長辺曲げ）及び短辺方向（Ｚ’軸方向）に曲げた場合（短辺曲げ）の２つの場合を想定して行った。また以下に説明されるシミュレーション結果では、Ｚ’軸方向の応力が示されている。以下に圧電振動片のシミュレーション結果について説明する。

図４（ａ）は、電極が形成されていない圧電振動片１３０の平面図である。圧電振動片１３０の枠部１３２のＺ’軸方向の全体の長さを長さＷＡ、枠部１３２のＸ軸方向の全体の長さを長さＬＡ、励振部１３１の第１辺１３８ａの長さを長さＷＳ、第２辺１３８ｂの長さを長さＬＳ、連結部１３３の第３辺１３８ｃの長さを長さＷＲ１、連結部１３３の第４辺１３８ｄの長さを長さＷＲ２、及び連結部１３３のＸ軸方向の長さを長さＬＲとする。シミュレーションは、長さＬＡを２．０ｍｍ、長さＷＡを１．６ｍｍ、長さＬＳを１．３ｍｍ、長さＷＳを０．９５ｍｍ、長さＬＲを０．２ｍｍ、長さＷＲ１を０．３２ｍｍ、長さＷＲ４を０．４２ｍｍとして行われた。

図４（ｂ）は、圧電振動片１３０の短辺曲げのシミュレーション結果である。図４（ｂ）では、圧電振動片１３０の励振部１３１及び連結部１３３のみの平面図が示されている。図４（ｂ）では、メサ領域１３１ａの色（白色）がほぼ応力がかかっていない状態の色であり、この色よりも濃い箇所には応力がかかっていることを示している。また、黒色に近い箇所には励振部１３１及び連結部１３３の中でもっとも強い応力がかかっていることを示している。図４（ｂ）では、連結部１３３に色が濃い部分が示されており、連結部１３３に強い応力がかかることが想定される。また、連結部１３３から周辺領域１３１ｂに向かって色の薄い領域が伸びており、連結部１３３から周辺領域１３１ｂに応力がかかる領域が伸びていることが分かる。また、メサ領域１３１ａの中心点を点１３９ａ、中心点１３９ａを通りＸ軸に平行な直線を直線１３９、直線１３９上の点であり励振部１３１の−Ｘ軸側の端部を点１３９ｂとする。

図５（ａ）は、圧電振動片１３０の励振部１３１の応力分布が示されたグラフである。図５（ａ）は、図４（ｂ）の直線１３９上の応力分布が示されており、横軸にＸ軸方向位置（ｍｍ）、縦軸に応力（ＭＰａ）が示されている。Ｘ軸方向位置は、メサ領域１３１ａの中心点である点１３９ａ（図４（ｂ）参照）を０．０ｍｍとし、点１３９ａから＋Ｘ軸方向への距離が正の値、−Ｘ軸方向への距離が負の値として示されている。また、縦軸に示された応力は、正の値である場合に引っ張り応力がかかり、負の値である場合には圧縮応力がかかる場合を示している。図５（ａ）では、圧電振動片の連結部の第３辺１３８ｃの長さＷＲ１と第４辺１３８ｄの長さＷＲ２との長さが同じ場合（ＷＲ１＝ＷＲ２）と、第３辺１３８ｃの長さＷＲ１が第４辺１３８ｄの長さＷＲ２よりも短く形成された場合（ＷＲ１＜ＷＲ２）との結果が示され、それぞれの結果について長辺曲げと短辺曲げとの結果が示されている。また、図５（ａ）に示された結果のＷＲ１＝ＷＲ２の場合の長さＷＲ１及び長さＷＲ２は０．４２ｍｍであり、ＷＲ１＜ＷＲ２の場合の長さＷＲ１は０．３２ｍｍ、長さＷＲ２は０．４２ｍｍである。図５（ａ）では、黒塗りの菱形がＷＲ１＝ＷＲ２の長辺曲げ、白抜きの菱形がＷＲ１＝ＷＲ２の短辺曲げ、白抜きの丸がＷＲ１＜ＷＲ２の長辺曲げ、黒塗りの丸がＷＲ１＜ＷＲ２の短辺曲げの結果を示している。

図５（ａ）では、ＷＲ１＝ＷＲ２の長辺曲げ（黒塗り菱形）とＷＲ１＜ＷＲ２の長辺曲げ（白抜き丸）との値は、ほぼ同じ値を取っている。すなわち、長辺曲げの場合には第３辺１３８ｃの長さＷＲ１と第４辺１３８ｄの長さＷＲ２との長さの違いによる大きな影響は見られない。一方、ＷＲ１＝ＷＲ２の短辺曲げ（白抜き菱形）とＷＲ１＜ＷＲ２の短辺曲げ（黒塗り丸）とでは、Ｘ軸方向位置がおおよそ−０．５ｍｍから０．０ｍｍの範囲でＷＲ１＜ＷＲ２の短辺曲げの方がＷＲ１＝ＷＲ２の短辺曲げよりも応力の絶対値が小さい。

図５（ｂ）は、メサ領域１３１ａの中心点１３９ａ及び励振部１３１の−Ｘ軸側の端部の点１３９ｂでの短辺曲げの場合のＺ’軸方向の応力が示されたグラフである。横軸には点１３９ａ及び点１３９ｂが示され、縦軸には応力が示されている。また、図５（ｂ）では、各点におけるＷＲ１＜ＷＲ２とＷＲ１＝ＷＲ２との応力が示されている。メサ領域１３１ａの中心点１３９ａでは、ＷＲ１＝ＷＲ２の応力が−０．５１８ＭＰａであり、ＷＲ１＜ＷＲ２の応力が−０．１８３ＭＰａである。また、励振部１３１の端点１３９ｂでは、ＷＲ１＝ＷＲ２の応力が−２．５９１ＭＰａであり、ＷＲ１＜ＷＲ２の応力が−１．１４３ＭＰａである。メサ領域１３１ａの中心点１３９ａ及び励振部１３１の端点１３９ｂでは、ＷＲ１＜ＷＲ２はＷＲ１＝ＷＲ２よりも応力の絶対値が小さく、メサ領域１３１ａの中心点１３９ａでは応力の強さが約６５％少なく、励振部１３１の端点１３９ｂでは応力の強さが約５６％少ないことが分かる。

圧電振動片１３０では、連結部１３３の第３辺の長さが第４辺の長さよりも短く形成されることにより、励振部１３１にかかる応力が小さくなることがシミュレーションにより確認された。また連結部１３３は第３辺の長さのみが短く形成されている圧電振動片１３０は、連結部全体のＺ’軸方向の長さが短く形成される（すなわち、第３辺及び第４辺がともに短く形成される）よりも圧電振動片の耐衝撃性が強いと考えられる。したがって、圧電振動片１３０では耐衝撃性を大きく損なうことなく励振部１３１にかかる応力を小さくすることができ、圧電振動片の振動周波数などの特性変化を防ぐことができる。

＜＜圧電振動片１３０の変形例＞＞
圧電振動片１３０の連結部１３３は、周辺領域１３１ｂより厚く形成され、さらに補助連結部が形成されても良い。また、連結部１３３の＋Ｚ’軸側及び−Ｚ’軸側の側面が連結部側に凹んで形成されていても良い。以下に、連結部が厚く形成され、補助連結部が形成された圧電振動片２３０、及び連結部の＋Ｚ’軸側及び−Ｚ’軸側の側面が連結部側に凹んだ圧電振動片３３０について説明する。また以下の説明では、圧電振動片１３０と同様の部分は圧電振動片１３０と同じ記号を付してその説明を省略する。

＜圧電振動片２３０＞
図６（ａ）は、電極が形成されていない圧電振動片２３０の平面図である。圧電振動片２３０は、励振部１３１、励振部１３１を囲む枠部１３２、励振部１３１と枠部１３２とを連結する連結部２３３、及び連結部２３３の＋Ｚ’軸側及び−Ｚ’軸側の側面に形成されている補助連結部２３３ａにより構成されている。連結部２３３は励振部１３１の−Ｘ軸側の辺である第１辺１３８ａの中央に連結されており、連結部２３３の＋Ｘ軸側の辺である第３辺１３８ｃは連結部２３３の−Ｘ軸側の辺である第４辺１３８ｄよりも長さが短く形成されている。また、連結部２３３の＋Ｚ’軸側及び−Ｚ’軸側の側面には補助連結部２３３ａが形成されており、補助連結部２３３ａも第１辺１３８ａ及び枠部１３２に連結されている。

図６（ｂ）は、図６（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。圧電振動片２３０は、枠部１３２の厚さが厚さＴ１に形成され、メサ領域１３１ａ及び連結部２３３の厚さが厚さＴ２に形成され、周辺領域１３１ｂの厚さが厚さＴ３に形成されている。また、圧電振動片２３０では、周波数が例えば４０ＭＨｚである場合は、厚さＴ２が４１．７５μｍに形成される。

図６（ｃ）は、図６（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。圧電振動片２３０の補助連結部２３３ａは、周辺領域１３１ｂと同じ厚さである厚さＴ３に形成されている。また、補助連結部２３３ａと連結部２３３との段差は４μｍに形成されている。

圧電振動片２３０では、連結部２３３が周辺領域１３１ｂよりも厚く形成されていること、及び補助連結部２３３ａが形成されていることにより連結部２３３が破損しにくくなり、圧電振動片２３０の耐衝撃性が向上している。連結部２３３が周辺領域１３１ｂよりも厚く形成されること、及び補助連結部２３３ａが形成されることは、どちらか一方のみが行われてもよい。連結部２３３及び補助連結部２３３ａはメサ領域１３１ａ及び周辺領域１３１ｂと同じ厚さに形成されなくても良い。しかし、連結部２３３及び補助連結部２３３ａがメサ領域１３１ａ及び周辺領域１３１ｂと同じ厚さに形成され、連結部２３３と周辺領域１３１ｂとの段差、及び連結部２３３と補助連結部２３３ａとの段差がメサ領域１３１ａと周辺領域１３１ｂとの段差と同じ高さに形成される場合には、連結部２３３をメサ領域１３１ａと同じ工程で形成することができ、補助連結部２３３ａを周辺領域１３１ｂと同じ工程で形成することができるため好ましい。

＜圧電振動片３３０＞
図７（ａ）は、電極が形成されていない圧電振動片３３０の平面図である。圧電振動片３３０は、矩形形状に形成された励振部１３１と、励振部１３１を囲む枠部１３２と、励振部１３１と枠部１３２とを連結する１本の連結部３３３ａと、により構成されている。連結部３３３ａは、＋Ｘ軸側の辺である第３辺１３８ｃと、−Ｘ軸側の辺であり第３辺１３８ｃよりも長い第４辺１３８ｄと、を有し、連結部３３３は第３辺１３８ｃが励振部１３１の第１辺１３８ａの中央に連結され、そこから−Ｘ軸方向に伸びて第４辺１３８ｄが枠部１３２に連結されている。

図７（ｂ）は、図７（ａ）の点線１６１の拡大図である。連結部３３３ａの平面形状は、第３辺１３８ｃの−Ｘ軸側の端と第４辺１３８ｄの−Ｘ軸側の端とを連結する折れ線１３８ｅ、及び第３辺１３８ｃの＋Ｘ軸側の端と第４辺１３８ｄの＋Ｘ軸側の端とを連結する折れ線１３８ｅを含んでいる。各折れ線１３８ｅは連結部３３３ａ側に凹んで形成されている。圧電振動片には鋭角に凹んで形成される角部に応力が集中して破損しやすいが、圧電振動片３３０では第１辺１３８ｃと折れ線１３８ｅとにより形成される角部１３７ａ、及び枠部１３２と折れ線１３８ｅとにより形成される角部１３７ｂの角度が広がって形成されることにより、角部１３７ａ及び角部１３７ｂに応力が集中しにくくなり圧電振動片が破損しにくくなっている。

図７（ｃ）は、連結部３３３ｂの平面図である。図７（ａ）に示された圧電振動片３３ ０では、連結部３３３ａの代わりに連結部３３３ｂが形成されても良い。連結部３３３ｂは、＋Ｘ軸側の辺である第３辺１３８ｃと、−Ｘ軸側の辺であり第３辺１３８ｃよりも長い第４辺１３８ｄと、を有し、第３辺１３８ｃが励振部１３１の第１辺１３８ａの中央に連結され、そこから−Ｘ軸方向に伸びて第４辺１３８ｄが枠部１３２に連結される。連結部３３３ｂの平面形状は、第３辺１３８ｃの−Ｘ軸側の端と第４辺１３８ｄの−Ｘ軸側の端とを連結する曲線１３８ｆ、及び第３辺１３８ｃの＋Ｘ軸側の端と第４辺１３８ｄの＋Ｘ軸側の端とを連結する曲線１３８ｆを含んでいる。各曲線１３８ｆは連結部３３３ｂ側に凹んで形成されている。連結部３３３ａの代わりに連結部３３３ｂが形成された場合でも、角部１３７ａ及び角部１３７ｂに応力が集中しにくくなり圧電振動片が破損しにくくなる。

（第２実施形態）
圧電振動片に形成される連結部は、連結部の−Ｘ軸側に形成される第４辺が連結部の＋Ｘ軸側に形成される第３辺よりも短く形成されても良い。以下に、第４辺が第３辺よりも短く形成されている圧電振動片４３０について説明する。また以下の説明では、第１実施形態と同様の部分は、その部分と同じ記号を付してその説明を省略する。

＜圧電振動片４３０のシミュレーション結果＞
圧電デバイスがプリント基板に実装された状態において、プリント基板を曲げた場合に圧電振動片４３０にかかる応力を求めるためのシミュレーションを行った。シミュレーションは、プリント基板を圧電デバイス１００の長辺方向（Ｘ軸方向）に曲げた場合（長辺曲げ）及び短辺方向（Ｚ’軸方向）に曲げた場合（短辺曲げ）の２つの場合を想定して行った。また以下のシミュレーション結果において説明される応力は、Ｚ’軸方向の応力が示されている。以下に圧電振動片４３０のシミュレーション結果について説明する。

図８（ａ）は、電極が形成されていない圧電振動片４３０の平面図である。圧電振動片４３０は、励振部１３１、励振部１３１を囲む枠部１３２、及び励振部１３１と枠部１３２とを連結する連結部４３３により形成されている。励振部１３１は、メサ領域１３１ａと、メサ領域１３１ａの周囲に形成されメサ領域１３１ａよりもＹ’軸方向の厚さが薄い周辺領域１３１ｂと、により形成されている。また連結部４３３は励振部１３１の−Ｘ軸側の辺である第１辺１３８ａの中央に連結されており、連結部４３３の−Ｘ軸側の辺である第４辺４３８ｄが連結部４３３の＋Ｘ軸側の辺である第３辺４３８ｃよりも短く形成されている。連結部４３３は、Ｘ軸方向の長さＬＲが０．２ｍｍ、第３辺４３８ｃの長さである長さＷＲ３が０．４２ｍｍ、第４辺４３８ｄの長さである長さＷＲ４が０．３２ｍｍに形成されている。

図８（ｂ）は、圧電振動片４３０の短辺曲げのシミュレーション結果である。図８（ｂ）では、圧電振動片４３０の励振部１３１及び連結部４３３のみの平面図が示されている。図８（ｂ）では、メサ領域１３１ａの色（白色）がほぼ応力がかかっていない状態の色であり、この色よりも濃い箇所には応力がかかっていることを示している。また、黒色に近い箇所には励振部１３１及び連結部４３３の中でもっとも強い応力がかかっていることを示している。図８（ｂ）では、連結部４３３に色が濃い部分が示されており、連結部４３３に強い応力がかかることが想定される。また、連結部４３３から周辺領域１３１ｂに向かって色の薄い領域（灰色の領域）が伸びており、連結部４３３から周辺領域１３１ｂに応力がかかる領域が伸びていることが分かる。また、メサ領域１３１ａの中心点を点１３９ａ、中心点１３９ａを通りＸ軸に平行な直線を直線１３９、直線１３９上の点であり励振部１３１の−Ｘ軸側の端部を点１３９ｂとする。

図９（ａ）は、圧電振動片４３０の励振部１３１の応力分布が示されたグラフである。また図９（ａ）には比較のために、圧電振動片１３０の励振部１３１の応力分布も示されている。図９（ａ）には図８（ｂ）の直線１３９上の応力分布が示されており、横軸にＸ軸方向位置（ｍｍ）、縦軸に応力（ＭＰａ）が示されている。Ｘ軸方向位置は、メサ領域１３１ａの中心点である点１３９ａ（図８（ｂ）参照）を０．０ｍｍとし、点１３９ａから＋Ｘ軸方向への距離が正の値、−Ｘ軸方向への距離が負の値として示されている。また、縦軸に示された応力はＺ’軸方向に向いた応力であり、正の値である場合に引っ張り応力がかかり、負の値である場合には圧縮応力がかかる場合が示されている。図９（ａ）では、圧電振動片４３０及び圧電振動片１３０の結果が示され、それぞれの結果について長辺曲げ及び短辺曲げの結果が示されている。図９（ａ）では、黒塗りの菱形が圧電振動片４３０の長辺曲げ、白抜きの菱形が圧電振動片４３０の短辺曲げ、白抜きの丸が圧電振動片１３０の長辺曲げ、黒塗りの丸が圧電振動片１３０の短辺曲げの結果を示している。

図９（ａ）では、Ｘ軸方向位置が約−０．４ｍｍ以下の領域において、圧電振動片４３０の長辺曲げ（黒塗り菱形）が圧電振動片１３０の長辺曲げ（白抜き丸）よりも応力が小さくなっている。すなわち、励振部１３１の連結部近傍においては、圧電振動片４３０は圧電振動片１３０よりも長辺曲げの場合の応力が小さくなる傾向にある。一方、短辺曲げの場合は、圧電振動片４３０及び圧電振動片１３０の応力分布は似たような傾向を示している。

図９（ｂ）は、圧電振動片４３０のメサ領域１３１ａの中心点１３９ａ及び励振部１３１の−Ｘ軸側の端点１３９ｂでの短辺曲げの場合のＺ’軸方向の応力が示されたグラフである。図９（ｂ）では比較のために、図５（ｂ）に示されたＷＲ１＝ＷＲ２（＝０．４２ｍｍ）の場合及び圧電振動片１３０の場合の結果も示されている。図９（ｂ）の横軸にはメサ領域中心点１３９ａ及び励振部端点１３９ｂが示され、縦軸には短辺曲げの場合のＺ’軸方向の応力が示されている。メサ領域１３１ａの中心点１３９ａでは、ＷＲ１＝ＷＲ２の応力が−０．５１８ＭＰａであり、圧電振動片１３０の応力が−０．１８３ＭＰａであり、圧電振動片４３０の応力が−０．２２６ＭＰａである。また、励振部１３１の端点１３９ｂでは、ＷＲ１＝ＷＲ２の応力が−２．５９１ＭＰａであり、圧電振動片１３０の応力が−１．１４３ＭＰａであり、圧電振動片４３０の応力が−１．２８４ＭＰａである。圧電振動片４３０にかかる応力は、メサ領域１３１ａの中心点１３９ａ及び励振部１３１の端点１３９ｂにおいて圧電振動片１３０よりもわずかに高いがＷＲ１＝ＷＲ２よりも小さい。圧電振動片４３０にかかる応力をＷＲ１＝ＷＲ２にかかる応力と比べると、メサ領域１３１ａの中心点１３９ａでは応力の強さが約５６％減少し、励振部１３１の端点１３９ｂでは応力の強さが約５０％減少している。

図１０（ａ）は、圧電振動片４３０の落下時にかかる応力のシミュレーション結果である。図１０（ａ）に示される応力は、圧電デバイスが落下したときに圧電振動片にかかる応力のＺ’軸方向成分が示されている。図１０（ａ）では、白色の領域には落下時に殆ど応力がかからず、黒色の領域にはもっとも強い応力がかかり、灰色の領域には黒色の領域よりも弱い応力がかかることを示している。図１０（ａ）では、連結部４３３を中心に応力がかかっており、圧電デバイスの落下時には連結部４３３を中心とした応力がかかることがわかる。

図１０（ｂ）は、圧電振動片１３０及び圧電振動片４３０の落下時にかかる最大応力の大きさが示されたグラフである。圧電振動片１３０の落下時にかかる最大応力は７６．４３７ＭＰａであり、圧電振動片４３０の落下時にかかる最大応力は６３．６７４ＭＰａである。図１０（ａ）に示されるように、これらの応力は、圧電振動片の中で最も耐衝撃性の低い連結部にかかるため小さい方が好ましい。圧電振動片４３０にかかる最大応力は、圧電振動片１３０にかかる最大応力よりも約１７％小さくなっている。

圧電振動片４３０では、連結部４３３の第４辺４３８ｄの長さが第３辺４３８ｃの長さよりも短く形成されることにより励振部１３１にかかる曲げ応力が減少することがシミュレーションにより確認された（図９（ｂ）参照）。また、圧電振動片４３０は、圧電振動片１３０に比べて連結部にかかる最大応力が小さいため、圧電振動片１３０よりも落下時の耐衝撃性が強いと考えられる（図１０（ｂ）参照）。したがって、圧電振動片４３０では、連結部４３３の第４辺４３８ｄの長さが第３辺４３８ｃの長さよりも短く形成されることにより、耐衝撃性を大きく損なうことなく励振部１３１にかかる応力を減少させることができ、圧電振動片の振動周波数などの特性変化を防ぐことができる。

以上、本発明の最適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。

例えば、上記の実施形態では圧電振動片にＡＴカットの水晶振動片である場合を示したが、同じように厚みすべりモードで振動するＢＴカットの水晶振動片などであっても同様に適用できる。さらに圧電振動片は水晶材のみならず、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムあるいは圧電セラミックを含む圧電材に基本的に適用できる。

１００ … 圧電デバイス
１０１ … キャビティ
１１０ … リッド板
１１１ … 凹部
１１２ … 接合面
１２０ … ベース板
１２１ … 凹部
１２２ … 接合面
１２３ … 接続電極
１２４ … 外部電極
１２５ … キャスタレーション電極
１２６ … キャスタレーション
１３０、２３０、３３０、４３０ … 圧電振動片
１３１ … 励振部
１３１ａ … メサ領域
１３１ｂ … 周辺領域
１３２ … 枠部
１３３、２３３、３３３ａ、３３３ｂ、４３３ … 連結部
１３４ … 励振電極
１３５ … 引出電極
１３６ … 貫通孔
１３７ａ、１３７ｂ … 角部
１３８ａ … 第１辺
１３８ｂ … 第２辺
１３８ｃ、４３８ｃ … 第３辺
１３８ｄ、４３８ｄ … 第４辺
１３８ｅ … 折れ線
１３８ｆ … 曲線
１４１ … 封止材
２３３ａ … 補助連結部

Claims (9)

1. 両主面に一対の励振電極が形成され、第１方向に伸びる第１辺及び前記第１辺よりも長く前記第１方向に直交する第２方向に伸びる第２辺を含む矩形形状の励振部と、
   前記励振部を囲む枠部と、
   前記励振部と前記枠部とを連結し、前記第１辺に接続され前記第１方向に伸びる第３辺と前記枠部に接続され前記第１方向に伸びる第４辺とを有し、前記枠部よりも厚さが薄い連結部と、を備え、
   前記第３辺と前記第４辺との長さが異なる圧電振動片。
2. 前記連結部は１本であり前記励振部の前記第１辺の中央に連結されている請求項１に記載の圧電振動片。
3. 前記励振部は、前記励振電極が形成されるメサ領域と、前記メサ領域の周囲に形成され前記メサ領域よりも厚さが薄い周辺領域と、を有している請求項１又は請求項２に記載の圧電振動片。
4. 前記周辺領域の厚さが前記連結部の厚さよりも薄い請求項３に記載の圧電振動片。
5. 前記周辺領域の厚さと前記連結部の厚さとが等しい請求項３に記載の圧電振動片。
6. 前記連結部が、前記第３辺の端部と前記第４辺の端部とを接続する前記連結部側に凹んだ曲線又は折れ線を含んで形成される請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の圧電振動片。
7. 前記連結部の前記第１方向側の側面に、前記励振部と前記枠部とを連結し、前記連結部の厚さよりも薄い補助連結部が形成されている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の圧電振動片。
8. 前記補助連結部の厚さと前記第１辺を含む前記励振部の厚さとが等しい請求項７に記載の圧電振動片。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の圧電振動片と、
   前記圧電振動片の前記枠部の一方の主面に接合されるリッド板と、
   前記圧電振動片の前記枠部の他方の主面に接合されるベース板と、
   を含む圧電デバイス。