JP2014090290A - 振動片、振動デバイス、電子機器及び移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】平面サイズの小型化が可能な振動片の提供。
【解決手段】水晶振動片１は、水晶の結晶軸である、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸のうち、Ｘ軸を回転軸として、Ｚ軸をＹ軸の−Ｙ方向へ＋Ｚ側が回転するように傾けた軸をＺ’軸とし、Ｙ軸をＺ軸の＋Ｚ方向へ＋Ｙ側が回転するように傾けた軸をＹ’軸とし、Ｘ軸及びＺ’軸に平行な面を主面とし、Ｙ’軸に平行な方向を厚み方向とするＡＴカット水晶基板１０と、ＡＴカット水晶基板１０の両主面１１，１２の振動領域に配置されている励振電極１３，１４と、を備え、ＡＴカット水晶基板１０は、長辺がＸ軸方向に沿い、短辺がＺ’軸方向に沿う矩形であり、厚みすべり振動モードで共振する振動部１５と、振動部１５よりも厚みが薄く平面視で振動部１５を囲んでいる外周部１６と、を含み、外周部１６のＸ軸方向に沿ういずれかの端部には、励振電極１３，１４から引き出されたマウント電極１７，１８が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動片、この振動片を備えている振動デバイス、電子機器及び移動体に関する。

従来、電子機器などに用いられている水晶振動子などに代表される振動デバイスの構成要素の１つである振動片として、ＡＴカット水晶基板からなり、Ｙ’軸に平行な方向を厚み方向とする圧電基板と、圧電基板の両主面の振動領域に表裏で対向するように配置された励振電極と、を含み、圧電基板は、Ｘ軸に平行な辺を長辺とし、Ｚ’軸に平行な辺を短辺とする矩形の励振部と、励振部より小さい厚みを有し、励振部の周辺に形成された周辺部と、を有し、Ｘ軸方向の一方の端部にパッドが設けられている構成の圧電振動片が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、上記圧電振動片に相当するＡＴカット水晶振動片の厚みすべり振動は、水晶の異方性に起因した結晶軸方向によって弾性定数が異なることにより、その振動エネルギー分布が楕円状に閉じ込められていることが知られている。そして、この楕円の長軸（Ｘ軸方向）と短軸（Ｚ’軸方向）との比（長軸：短軸）は、１．２６：１といわれている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１２−１１４４９５号公報 特開２００７−１５８４８６号公報

特許文献１の圧電振動片は、Ｘ軸方向の端部にパッド（以下、マウント電極という）が設けられている。
特許文献２で述べているように、ＡＴカット水晶振動片の厚みすべり振動は、Ｚ’軸方向よりもＸ軸方向に伝播しやすいことから、特許文献１の圧電振動片においては、固定部であるマウント電極から外部部材への振動エネルギーの漏洩を回避すべく、マウント電極まで厚みすべり振動が伝播しないように、励振部（以下、振動部という）とマウント電極との間の距離を相当程度確保する必要がある。
この振動部とマウント電極との間の距離の制約により、特許文献１の圧電振動片は、更なる平面サイズの小型化が阻害される恐れがある。

本発明は、上記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。

［適用例１］本適用例にかかる振動片は、水晶の結晶軸である、電気軸としてのＸ軸、機械軸としてのＹ軸、及び光学軸としてのＺ軸のうち、前記Ｘ軸を回転軸として、前記Ｚ軸を前記Ｙ軸の−Ｙ方向へ＋Ｚ側が回転するように傾けた軸をＺ’軸とし、前記Ｙ軸を前記Ｚ軸の＋Ｚ方向へ＋Ｙ側が回転するように傾けた軸をＹ’軸とし、前記Ｘ軸及び前記Ｚ’軸に平行な面を主面とし、前記Ｙ’軸に平行な方向を厚み方向とするＡＴカット水晶基板と、前記ＡＴカット水晶基板の前記主面の振動領域に配置されている励振電極と、を備え、厚みすべり振動で振動する振動部と、該振動部よりも厚みが薄く平面視で前記振動部を囲んでいる外周部と、を含み、前記外周部の前記Ｘ軸方向に沿ういずれかの端部には、前記励振電極と接続されているマウント電極が設けられていることを特徴とする。

これによれば、振動片（圧電振動片に相当）は、厚みすべり振動モードで共振する振動部（励振部に相当）と、振動部よりも厚みが薄く平面視で振動部を囲んでいる外周部（周辺部に相当）と、を含み、外周部のＺ’軸方向のいずれかの端部には、励振電極から引き出されたマウント電極が設けられている。
これにより、振動片は、Ｚ’軸方向の端部が、マウント電極を介してパッケージなどの外部部材に固定されることとなる。

上述したように、厚みすべり振動モードで共振する振動片においては、厚みすべり振動の主振動方向（Ｘ軸方向）よりも主振動方向と直交するＺ’軸方向の方が、厚みすべり振動の伝播が生じにくく、振動エネルギーの漏洩が少ないと考えられている。
これによれば、振動片は、振動部とマウント電極との間の距離を、従来（特許文献１の構成）よりも短くすることが可能となることから、優れた振動特性（周波数特性）を維持しつつ、平面サイズを小型化することが可能となる。
具体的には、振動部とマウント電極との間の距離を、上述した楕円の長軸（Ｘ軸方向）と短軸（Ｚ’軸方向）との比（長軸：短軸）１．２６：１に合わせて、従来の距離の１／１．２６に短縮することが可能である。

［適用例２］上記適用例にかかる振動片において、前記振動部は、平面視で前記外周部の前記Ｘ軸方向に沿う前記いずれかの端部のうち一方の側に偏って設けられているとともに、前記マウント電極は、前記外周部の前記Ｘ軸方向に沿う前記いずれかの端部のうち他方の側に設けられていることが好ましい。

これによれば、振動片は、振動部が外周部のＸ軸方向に沿ういずれかの端部のうち一方の側に偏って設けられているとともに、マウント電極が他方の側に設けられていることから、Ｚ’軸方向における振動部の中心がＡＴカット水晶基板の中心と一致している場合と比較して、マウント電極がない一方の端部側の外周部の幅を小さくすることができる。
この結果、振動片は、平面サイズを更に小型化することができる。

［適用例３］上記適用例にかかる振動片において、前記外周部の前記Ｘ軸方向に沿う一方の前記端部から前記振動部の端部までの距離をΔＺ、前記振動部の厚みをｔとしたとき、０．８≦ΔＺ／ｔ≦１．３を満足していることが好ましい。

これによれば、振動片は、外周部のＸ軸方向に沿う一方の端部から振動部の端部までの距離をΔＺとし、振動部の厚みをｔとしたときに、０．８≦ΔＺ／ｔ≦１．３を満足していることから、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）値の温度特性を向上させることができる（周囲の温度変化に対してＣＩ値の変動が少なくなる）。
この結果、振動片は、平面サイズを小型化しつつ、優れた周波数温度特性を得ることができる。なお、上記数値範囲は、発明者らのシミュレーション解析及び実験結果などに基づいて得られた知見によるものである。

［適用例４］上記適用例にかかる振動片において、前記振動部の側壁は、少なくとも一部が複数の段差を有していることが好ましい。

これによれば、振動片は、振動部の側壁の少なくとも一部が複数の段差を有していることから、厚みすべり振動のエネルギーを閉じ込める効果を高めることができる。
これにより、振動片は、効率よく厚みすべり振動することが可能となり、優れた振動特性を得ることができる。

［適用例５］本適用例にかかる振動デバイスは、上記適用例のいずれかに記載の振動片と、前記振動片が収容されている容器と、を備えていることを特徴とする。

これによれば、振動デバイスは、上記適用例のいずれかに記載の振動片と、振動片が収容されている容器と、を備えていることから、上記適用例のいずれかに記載の効果が反映された振動デバイスを提供することができる。

［適用例６］上記適用例にかかる振動デバイスにおいて、前記振動片を駆動する発振回路を更に備えていることが好ましい。

これによれば、振動デバイスは、振動片を駆動する発振回路を更に備えていることから、上記適用例のいずれかに記載の効果が反映された振動デバイスとしての発振器を提供することができる。

［適用例７］本適用例にかかる電子機器は、上記適用例のいずれかに記載の振動片を備えていることを特徴とする。

これによれば、本構成の電子機器は、上記適用例のいずれかに記載の振動片を備えていることから、上記適用例のいずれかに記載の効果が反映された電子機器を提供することができる。

［適用例８］本適用例にかかる移動体は、上記適用例のいずれかに記載の振動片を備えていることを特徴とする。

これによれば、本構成の移動体は、上記適用例のいずれかに記載の振動片を備えていることから、上記適用例のいずれかに記載の効果が反映された移動体を提供することができる。

第１実施形態の水晶振動片の概略構成を示す模式斜視図。 図１の水晶振動片の模式平断面図であり、（ａ）はＹ’軸方向から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図。 水晶振動片のΔＺ／ｔとＣＩ値の温度特性との関係を示すグラフ。 第１実施形態の変形例１の水晶振動片の概略構成を示す模式斜視図。 第１実施形態の変形例２の水晶振動片の概略構成を示す模式斜視図。 第１実施形態の変形例３の水晶振動片の概略構成を示す模式斜視図。 第１実施形態の変形例４の水晶振動片の概略構成を示す模式斜視図。 第１実施形態の変形例５の水晶振動片の概略構成を示す模式斜視図。 第１実施形態の変形例６の水晶振動片の概略構成を示す模式斜視図。 第１実施形態の変形例７の水晶振動片の概略構成を示す模式斜視図。 第１実施形態の変形例８の水晶振動片の概略構成を示す模式斜視図。 第１実施形態の変形例９の水晶振動片の概略構成を示す模式斜視図。 第２実施形態の水晶振動子の概略構成を示す模式図であり、（ａ）はリッド（蓋体）側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線での断面図。 第３実施形態の水晶発振器の概略構成を示す模式図であり、（ａ）はリッド側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ線での断面図。 第４実施形態の携帯電話を示す模式斜視図。 第５実施形態の自動車を示す模式斜視図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
最初に、振動片の一例としての水晶振動片について説明する。
図１は、第１実施形態の水晶振動片の概略構成を示す模式斜視図である。図２は、図１の水晶振動片の模式平断面図であり、図２（ａ）は、Ｙ’軸方向から見た平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。なお、分かり易くするために、各構成要素の寸法比率は実際と異なる。

図１、図２に示すように、水晶振動片１は、水晶の結晶軸である、電気軸としてのＸ軸、機械軸としてのＹ軸、及び光学軸としてのＺ軸のうち、Ｘ軸を回転軸として、Ｚ軸をＹ軸の−（マイナス）Ｙ方向へ＋（プラス）Ｚ側が回転するように傾けた軸をＺ’軸とし、Ｙ軸をＺ軸の＋Ｚ方向へ＋Ｙ側が回転するように傾けた軸をＹ’軸とし、Ｘ軸及びＺ’軸に平行な面を主面１１，１２とし、Ｙ’軸に平行な方向を厚み方向とする、水晶の原石（ランバード）などから切り出されたＡＴカット水晶基板１０を備えている。そして、水晶振動片１は、ＡＴカット水晶基板１０の両主面１１，１２の振動領域のそれぞれに、平面視で互いに重なるように配置されている略矩形の励振電極１３，１４を備えている。

ＡＴカット水晶基板１０は、長辺がＸ軸方向に沿い（Ｘ軸方向に平行）、短辺がＺ’軸方向に沿う（Ｚ’軸方向に平行）矩形（長方形）状に形成されている。そして、ＡＴカット水晶基板１０は、矩形の振動部１５と、振動部１５よりも厚みが薄く、平面視で振動部１５を囲んでいる四角い枠状の外周部１６と、を一体で含んでいる。
ＡＴカット水晶基板１０の外周部１６のＸ軸方向に沿ういずれか一方の端部（ここでは、−Ｚ’側の端部）には、励振電極１３，１４のそれぞれから引き出されたマウント電極１７，１８が設けられ、Ｘ軸方向に沿う他方の端部（ここでは、＋Ｚ’側の端部）は自由端となっている。

マウント電極１７は、振動部１５の主面１１を覆い、且つ外周部１６の主面１１の一部を覆うように設けられた励振電極１３から、ＡＴカット水晶基板１０の短辺方向（Ｚ’軸方向）に沿って外周部１６の−Ｚ’側の端部に引き出され、端部の側面に沿って外周部１６の主面１２に回り込み、励振電極１４の近傍まで延在している。
マウント電極１８は、振動部１５の主面１２を覆い、且つ外周部１６の主面１２の一部を覆うように設けられた励振電極１４から、ＡＴカット水晶基板１０の短辺方向に沿って外周部１６の−Ｚ’側の端部に引き出され、端部の側面に沿って外周部１６の主面１１に回り込み、励振電極１３の近傍まで延在している。
励振電極１３，１４及びマウント電極１７，１８は、例えば、Ｃｒ（クロム）を下地層とし、その上にＡｕ（金）が積層された構成の金属被膜となっている。
なお、主面１１，１２は、振動部１５及び外周部１６のＹ’軸と直交する面を含むものとする。

図２（ａ）に示すように、水晶振動片１は、振動部１５が平面視で外周部１６のＸ軸方向に沿う端部のうち、一方の＋Ｚ’側の端部に偏って設けられているとともに、マウント電極１７，１８が、他方の−Ｚ’側の端部に設けられていることが好ましい。
換言すると、水晶振動片１は、Ｚ’軸方向において、ＡＴカット水晶基板１０の中心線（ここではＡ−Ａ線とする）と、振動部１５の中心線Ｌとが一致せず、振動部１５の中心線Ｌが、ＡＴカット水晶基板１０の中心線（Ａ−Ａ線）よりも＋Ｚ’側に位置していることが好ましい。
そして、水晶振動片１は、振動部１５の＋Ｚ’側への偏りによって広くなった外周部１６の−Ｚ’側の端部に、マウント電極１７，１８が設けられていることが好ましい。

また、水晶振動片１は、図２（ａ）、図２（ｃ）に示すように、ＡＴカット水晶基板１０の外周部１６のＸ軸方向に沿う一方の端部である＋Ｚ’側の端部から、振動部１５の＋Ｚ’側の端部までの距離をΔＺとし、振動部１５の厚みをｔとしたときに、０．８≦ΔＺ／ｔ≦１．３を満足していることが好ましい。なお、上記数値範囲は、発明者らのシミュレーション解析及び実験結果などに基づいて得られた知見によるものである（詳細は後述）。
ここで、上記ΔＺ、ｔには、励振電極１３，１４の厚みを含んでもよい。

上述したように、水晶振動片１は、ＡＴカット水晶基板１０の長辺がＸ軸方向に沿い、短辺がＺ’軸方向に沿う矩形であり、厚みすべり振動モードで共振する振動部１５と、振動部１５よりも厚みが薄く平面視で振動部１５を囲んでいる外周部１６と、を含み、外周部１６のＸ軸方向に沿う−Ｚ’側の端部には、励振電極１３，１４から引き出されたマウント電極１７，１８が設けられている。
これにより、水晶振動片１は、Ｘ軸方向に沿う−Ｚ’側の端部が、マウント電極１７，１８を介してパッケージなどの外部部材に固定され、＋Ｚ’側の端部は固定されず自由端になることとなる。
なお、水晶振動片１は、外周部１６からＹ’軸方向に突出した振動部１５を有すること（メサ形状）により、厚みが一定な平板状のＡＴカット水晶振動片よりも、厚みすべり振動の振動エネルギーを閉じ込めやすい構成となっている。

前述したように、厚みすべり振動モードで共振する振動片においては、厚みすべり振動の主振動方向（Ｘ軸方向）よりも主振動方向と直交するＺ’軸方向の方が、厚みすべり振動の伝播が生じにくく、振動エネルギーの漏洩が少ないと考えられている。
これによれば、水晶振動片１は、振動部１５とマウント電極１７，１８との間の距離Ｌ１（図２（ａ）参照）を、従来（特許文献１の構成）よりも短くすることが可能となることから、優れた振動特性（周波数特性）を維持しつつ、平面サイズを小型化することが可能となる。
具体的には、振動部１５とマウント電極１７，１８との間の距離Ｌ１を、前述した楕円の長軸（Ｘ軸方向）と短軸（Ｚ’軸方向）との比（長軸：短軸）１．２６：１に合わせて、従来の距離の１／１．２６に短縮することが可能である。

また、水晶振動片１は、振動部１５が外周部１６のＸ軸方向に沿う端部のうち、＋Ｚ’側の端部側に偏って設けられているとともに、マウント電極１７，１８が−Ｚ’側の端部側に設けられていることから、Ｚ’軸方向における振動部１５の中心線ＬがＡＴカット水晶基板１０の中心線（Ａ−Ａ線）と一致している場合と比較して、マウント電極１７，１８がない＋Ｚ’側の端部側の外周部１６の幅（ΔＺ）を小さくすることができる。
この結果、水晶振動片１は、平面サイズを更に小型化することができる。

また、水晶振動片１は、外周部１６のＸ軸方向に沿う＋Ｚ’側の端部から振動部１５の＋Ｚ’側の端部までの距離（外周部１６の＋Ｚ’側の幅）をΔＺとし、振動部１５の厚みをｔとしたときに、０．８≦ΔＺ／ｔ≦１．３を満足していることから、ＣＩ値の温度特性を向上させることができる。
この結果、水晶振動片１は、平面サイズを小型化しつつ、優れた周波数温度特性を得ることができる。なお、上記数値範囲は、発明者らのシミュレーション解析及び実験結果などに基づいて得られた知見によるものである。

上記について、図を用いて詳述する。
図３は、発明者らのシミュレーション解析及び実験結果などに基づいて作成された、水晶振動片のΔＺ／ｔとＣＩ値の温度特性との関係を示すグラフ群であり、各グラフの縦軸はＣＩ値（ｏｈｍ、Ω）を表し、横軸は温度（℃）を表している。
また、各グラフは、紙面下側から上側に行くに従って、ΔＺ／ｔの値が大きくなり、紙面左側から右側に行くに従って、水晶振動片のＺ’軸方向の幅ＺがＺ＝０．９７０（ｍｍ）、Ｚ＝０．９７５（ｍｍ）、Ｚ＝０．９８０（ｍｍ）と大きくなっている。

図３に示すように、水晶振動片１は、０．８≦ΔＺ／ｔ≦１．３の範囲であれば、広範な温度範囲（−４０℃〜１２０℃）でＣＩ値が略一定の値（４０Ω程度、６０Ω程度）を示していることが分かる。
一方、水晶振動片１は、ΔＺ／ｔが０．６や０．４の場合には、Ｚ’軸方向の幅Ｚの大小に関わらず、それぞれ特定の温度範囲でＣＩ値の急激な上昇が認められる。
これは、水晶振動片１の主振動モードである厚みすべり振動モードと、輪郭振動（屈曲振動）などの不要振動モードとの結合によって、厚みすべり振動が阻害されていることに起因するものと考えられる。
このことから、水晶振動片１は、０．８≦ΔＺ／ｔ≦１．３を満足していることにより、主振動モードである厚みすべり振動モードと、輪郭振動などの不要振動モードとの結合が抑制され、安定した厚みすべり振動が維持されることによって、ＣＩ値の温度特性を向上させていることが分かる。

次に、第１実施形態の変形例について説明する。
（変形例１）
図４は、第１実施形態の変形例１の水晶振動片の概略構成を示す模式斜視図である。なお、第１実施形態との共通部分には、同一符号を付して詳細な説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図４に示すように、変形例１の水晶振動片２は、第１実施形態と比較して、ＡＴカット水晶基板１０の振動部１５の構成が異なる。
水晶振動片２の振動部１５は、外周部１６側から中心に向かうに従って外周部１６の厚みよりも階段状（ここでは、２段の階段状）に肉厚になるように設けられている。換言すれば、振動部１５の側壁は、複数の段差を有している。

これによれば、水晶振動片２は、振動部１５が外周部１６側から中心に向かうに従って外周部１６の厚みよりも階段状に肉厚になるように設けられている（多段メサ形状）ことから、厚みすべり振動の振動エネルギーを閉じ込める効果を、第１実施形態と比較して更に高めることができる。
ＡＴカット水晶基板１０の外周部１６のＸ軸方向に沿う一方の端部である＋Ｚ’側の端部から、振動部１５の＋Ｚ’側の端部までの距離がΔＺとなっている。
これにより、水晶振動片２は、厚みすべり振動モードと不要振動モードとの結合を更に抑制することができる。

（変形例２）
図５は、第１実施形態の変形例２の水晶振動片の概略構成を示す模式斜視図である。なお、第１実施形態との共通部分には、同一符号を付して詳細な説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図５に示すように、変形例２の水晶振動片３は、第１実施形態と比較して、ＡＴカット水晶基板１０の振動部１５の構成が異なる。
水晶振動片３の振動部１５は、Ｘ軸方向の外周部１６側から中心に向かうに従って外周部１６の厚みよりも階段状（ここでは、２段の階段状）に肉厚になるように設けられている。換言すれば、振動部１５の側壁は、一部が複数の段差を有している。
また、ＡＴカット水晶基板１０の外周部１６のＸ軸方向に沿う一方の端部である＋Ｚ’側の端部から、振動部１５の＋Ｚ’側の端部までの距離がΔＺとなっている。

これによれば、水晶振動片３は、振動部１５がＸ軸方向の外周部１６側から中心に向かうに従って外周部１６の厚みよりも階段状に肉厚になるように設けられていることから、厚みすべり振動の振動エネルギーを閉じ込める効果を、第１実施形態と比較して更に高めることができる。
これにより、水晶振動片３は、厚みすべり振動モードと不要振動モードとの結合を更に抑制することができる。

（変形例３）
図６は、第１実施形態の変形例３の水晶振動片の概略構成を示す模式斜視図である。なお、第１実施形態との共通部分には、同一符号を付して詳細な説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図６に示すように、変形例３の水晶振動片４は、第１実施形態と比較して、ＡＴカット水晶基板１０の振動部１５の構成が異なる。
また、ＡＴカット水晶基板１０の外周部１６のＸ軸方向に沿う一方の端部である＋Ｚ’側の端部から、振動部１５の＋Ｚ’側の端部までの距離をΔＺとなっている。
水晶振動片４の振動部１５は、平面視で四隅に曲線状のアールがつけられている（四隅が円弧状に丸められている）。
これによれば、水晶振動片４は、平面視で振動部１５の四隅にアールがつけられていることから、振動部１５の平面形状が厚みすべり振動の振動エネルギー分布の閉じ込め形状（楕円形状）に近づくこととなる。
この結果、水晶振動片４は、厚みすべり振動の振動エネルギーを閉じ込める効果を、第１実施形態と比較して更に高めることができる。
これにより、水晶振動片４は、厚みすべり振動モードと不要振動モードとの結合を更に抑制することができる。

（変形例４）
図７は、第１実施形態の変形例４の水晶振動片の概略構成を示す模式斜視図である。なお、第１実施形態との共通部分には、同一符号を付して詳細な説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図７に示すように、変形例４の水晶振動片５は、第１実施形態と比較して、ＡＴカット水晶基板１０の振動部１５の構成が異なる。
水晶振動片５の振動部１５は、外周部１６側から中心に向かうに従って外周部１６の厚みよりも階段状（ここでは、２段の階段状）に肉厚になるように設けられている。換言すれば、振動部１５の側壁は、複数の段差を有している。加えて、水晶振動片５の振動部１５は、平面視で各段の四隅にアールがつけられている。
また、ＡＴカット水晶基板１０の外周部１６のＸ軸方向に沿う一方の端部である＋Ｚ’側の端部から、振動部１５の＋Ｚ’側の端部までの距離がΔＺとなっている。

これによれば、水晶振動片５は、振動部１５が外周部１６側から中心に向かうに従って外周部１６の厚みよりも階段状に肉厚になるように設けられていることから、厚みすべり振動の振動エネルギーを閉じ込める効果を、第１実施形態と比較して更に高めることができる。
加えて、水晶振動片５は、平面視で振動部１５の各段の四隅にアールがつけられていることから、振動部１５の平面形状が厚みすべり振動の振動エネルギー分布の閉じ込め形状（楕円形状）に近づくこととなる。
この結果、水晶振動片５は、厚みすべり振動の振動エネルギーを閉じ込める効果を、第１実施形態と比較して更に高めることができる。
これらにより、水晶振動片５は、厚みすべり振動モードと不要振動モードとの結合を更に抑制することができる。

（変形例５）
図８は、第１実施形態の変形例５の水晶振動片の概略構成を示す模式斜視図である。なお、第１実施形態との共通部分には、同一符号を付して詳細な説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図８に示すように、変形例５の水晶振動片６は、第１実施形態と比較して、ＡＴカット水晶基板１０の振動部１５の構成が異なる。
水晶振動片６の振動部１５は、Ｘ軸方向の外周部１６側から中心に向かうに従って外周部１６の厚みよりも階段状（ここでは、２段の階段状）に肉厚になるように設けられている。換言すれば、振動部１５の側壁は、一部が複数の段差を有している。加えて、水晶振動片６の振動部１５は、平面視で各段の四隅にアールがつけられている。
また、ＡＴカット水晶基板１０の外周部１６のＸ軸方向に沿う一方の端部である＋Ｚ’側の端部から、振動部１５の＋Ｚ’側の端部までの距離がΔＺとなっている。

これによれば、水晶振動片６は、振動部１５がＸ軸方向の外周部１６側から中心に向かうに従って外周部１６の厚みよりも階段状に肉厚になるように設けられていることから、厚みすべり振動の振動エネルギーを閉じ込める効果を、第１実施形態と比較して更に高めることができる。
加えて、水晶振動片６は、平面視で振動部１５の各段の四隅にアールがつけられていることから、振動部１５の平面形状が厚みすべり振動の振動エネルギー分布の閉じ込め形状（楕円形状）に近づくこととなる。
この結果、水晶振動片６は、厚みすべり振動の振動エネルギーを閉じ込める効果を、第１実施形態と比較して更に高めることができる。
これらにより、水晶振動片６は、厚みすべり振動モードと不要振動モードとの結合を更に抑制することができる。

（変形例６）
図９は、第１実施形態の変形例６の水晶振動片の概略構成を示す模式斜視図である。なお、第１実施形態との共通部分には、同一符号を付して詳細な説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図９に示すように、変形例６の水晶振動片７は、第１実施形態と比較して、ＡＴカット水晶基板１０の振動部１５の構成が異なる。
水晶振動片７の振動部１５は、外周部１６側から中心に向かうに従って外周部１６の厚みよりも階段状（ここでは、２段の階段状）に肉厚になるように設けられている。換言すれば、振動部１５の側壁は、複数の段差を有している。加えて、水晶振動片７の振動部１５は、平面視で下段（外周部１６に接している段）の四隅にアールがつけられている。
また、ＡＴカット水晶基板１０の外周部１６のＸ軸方向に沿う一方の端部である＋Ｚ’側の端部から、振動部１５の＋Ｚ’側の端部までの距離がΔＺとなっている。

これによれば、水晶振動片７は、振動部１５が外周部１６側から中心に向かうに従って外周部１６の厚みよりも階段状に肉厚になるように設けられていることから、厚みすべり振動の振動エネルギーを閉じ込める効果を、第１実施形態と比較して更に高めることができる。
加えて、水晶振動片７は、平面視で振動部１５の下段の四隅にアールがつけられていることから、振動部１５の下段の平面形状が厚みすべり振動の振動エネルギー分布の閉じ込め形状（楕円形状）に近づくこととなる。
この結果、水晶振動片７は、厚みすべり振動の振動エネルギーを閉じ込める効果を、第１実施形態と比較して更に高めることができる。
これらにより、水晶振動片７は、厚みすべり振動モードと不要振動モードとの結合を更に抑制することができる。

（変形例７）
図１０は、第１実施形態の変形例７の水晶振動片の概略構成を示す模式斜視図である。なお、第１実施形態との共通部分には、同一符号を付して詳細な説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図１０に示すように、変形例７の水晶振動片８は、第１実施形態と比較して、ＡＴカット水晶基板１０の振動部１５の構成が異なる。
水晶振動片８の振動部１５は、Ｘ軸方向の外周部１６側から中心に向かうに従って外周部１６の厚みよりも階段状（ここでは、２段の階段状）に肉厚になるように設けられている。換言すれば、振動部１５の側壁は、一部が複数の段差を有している。加えて、水晶振動片８の振動部１５は、平面視で下段の四隅にアールがつけられている。
また、ＡＴカット水晶基板１０の外周部１６のＸ軸方向に沿う一方の端部である＋Ｚ’側の端部から、振動部１５の＋Ｚ’側の端部までの距離がΔＺとなっている。

これによれば、水晶振動片８は、振動部１５がＸ軸方向の外周部１６側から中心に向かうに従って外周部１６の厚みよりも階段状に肉厚になるように設けられていることから、厚みすべり振動の振動エネルギーを閉じ込める効果を、第１実施形態と比較して更に高めることができる。
加えて、水晶振動片８は、平面視で振動部１５の下段の四隅にアールがつけられていることから、振動部１５の下段の平面形状が厚みすべり振動の振動エネルギー分布の閉じ込め形状（楕円形状）に近づくこととなる。
この結果、水晶振動片８は、厚みすべり振動の振動エネルギーを閉じ込める効果を、第１実施形態と比較して更に高めることができる。
これらにより、水晶振動片８は、厚みすべり振動モードと不要振動モードとの結合を更に抑制することができる。

（変形例８）
図１１は、第１実施形態の変形例８の水晶振動片の概略構成を示す模式斜視図である。なお、第１実施形態との共通部分には、同一符号を付して詳細な説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図１１に示すように、変形例８の水晶振動片９Ａは、第１実施形態と比較して、ＡＴカット水晶基板１０の振動部１５の構成が異なる。
水晶振動片９Ａの振動部１５は、Ｘ軸方向を長軸とし、Ｚ’軸方向を短軸とした楕円形状に形成されている。
ＡＴカット水晶基板１０の外周部１６のＸ軸方向に沿う一方の端部である＋Ｚ’側の端部から、振動部１５の前記短軸の長さとなる＋Ｚ’側の端部までの距離がΔＺとなっている。

これによれば、水晶振動片９Ａは、振動部１５がＸ軸方向を長軸とし、Ｚ’軸方向を短軸とした楕円形状に形成されていることから、振動部１５の平面形状が厚みすべり振動の振動エネルギー分布の閉じ込め形状である楕円形状と略等しいこととなる。
この結果、水晶振動片９Ａは、厚みすべり振動の振動エネルギーを閉じ込める効果を、第１実施形態と比較して更に高めることができる。
これにより、水晶振動片９Ａは、厚みすべり振動モードと不要振動モードとの結合を更に抑制することができる。

（変形例９）
図１２は、第１実施形態の変形例９の水晶振動片の概略構成を示す模式斜視図である。なお、第１実施形態との共通部分には、同一符号を付して詳細な説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図１２に示すように、変形例９の水晶振動片９Ｂは、第１実施形態と比較して、ＡＴカット水晶基板１０の振動部１５の構成が異なる。
水晶振動片９Ｂの振動部１５は、Ｘ軸方向を長軸とし、Ｚ’軸方向を短軸とした楕円形状に形成されている。加えて、水晶振動片９Ｂの振動部１５は、外周部１６側から中心に向かうに従って外周部１６の厚みよりも階段状（ここでは、２段の階段状）に肉厚になるように設けられている。換言すれば、振動部１５の側壁は、複数の段差を有している。
また、ＡＴカット水晶基板１０の外周部１６のＸ軸方向に沿う一方の端部である＋Ｚ’側の端部から、振動部１５の前記短軸の長さとなる＋Ｚ’側の端部までの距離がΔＺとなっている。

これによれば、水晶振動片９Ｂは、振動部１５がＸ軸方向を長軸とし、Ｚ’軸方向を短軸とした楕円形状に形成されていることから、振動部１５の平面形状が厚みすべり振動の振動エネルギー分布の閉じ込め形状である楕円形状と略等しいこととなる。加えて、水晶振動片９Ｂは、振動部１５が外周部１６側から中心に向かうに従って外周部１６の厚みよりも階段状（ここでは、２段の階段状）に肉厚になるように設けられている（２段とも楕円形状）ことから、厚みすべり振動の振動エネルギーを閉じ込める効果を、第１実施形態と比較して更に高めることができる。
これにより、水晶振動片９Ｂは、厚みすべり振動モードと不要振動モードとの結合を更に抑制することができる。

なお、上記実施形態及び各変形例において、励振電極１３，１４は、外周部１６にまで延在せずに、振動部１５の主面１１，１２内に留まっていてもよい。また、マウント電極１７，１８は、Ｘ軸方向において、図示の位置よりも互いに近づいた位置にあってもよい。また、階段状の振動部１５の段数は、３段以上であってもよい。
なお、上記各水晶振動片の外形サイズの一例としては、長辺（Ｘ軸方向）が１．４ｍｍ程度、短辺（Ｚ’軸方向、Ｚ）が１ｍｍ程度、厚み（Ｙ’軸方向、ｔ）が０．０６ｍｍ（６０μｍ）程度のサイズが想定される。

（第２実施形態）
次に、上述した振動片としての水晶振動片と、水晶振動片が収容されている容器としてのパッケージと、を備えている振動デバイスの一例としての水晶振動子について説明する。

図１３は、第２実施形態の水晶振動子の概略構成を示す模式図である。図１３（ａ）は、リッド側から見た平面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＡ−Ａ線での断面図であり、図１３（ｃ）は、図１３（ａ）のＣ−Ｃ線での断面図である。なお、平面図では、リッドを省略してある。また、上記第１実施形態との共通部分には、同一符号を付して詳細な説明を省略し、上記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図１３に示すように、水晶振動子１０１は、上記第１実施形態の水晶振動片１または各変形例の水晶振動片（２など）のいずれか（ここでは、水晶振動片１とする）と、水晶振動片１が収容されているパッケージ２０と、を備えている。
パッケージ２０は、平面形状が略矩形で凹部２２が設けられたパッケージベース２１と、パッケージベース２１の凹部２２を覆う平板状のリッド（蓋体）２３と、を備え、略直方体形状に形成されている。

パッケージベース２１には、セラミックグリーンシートを成形して積層し焼成した酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体、ガラスセラミックス焼結体などのセラミックス系の絶縁性材料、水晶、ガラス、シリコン（高抵抗シリコン）などが用いられている。
リッド２３には、パッケージベース２１と同材料、または、コバール、４２アロイなどの金属が用いられている。

パッケージベース２１の凹部２２内の段部２２ａには、水晶振動片１のマウント電極１７，１８に対向する位置に、内部端子２４ａ，２４ｂが設けられている。
水晶振動片１は、マウント電極１７，１８が、金属フィラーなどの導電性物質が混合された、エポキシ系、シリコーン系、ポリイミド系などの導電性接着剤３０を介して内部端子２４ａ，２４ｂに接合されている。

パッケージベース２１の凹部２２とは反対側の外底面２５（外側の底面）には、矩形状の電極端子２６ａ，２６ｂが設けられている。
電極端子２６ａ，２６ｂは、図示しない内部配線により内部端子２４ａ，２４ｂと電気的に接続されている。詳述すると、電極端子２６ａは、内部端子２４ａと電気的に接続され、電極端子２６ｂは、内部端子２４ｂと電気的に接続されている。
なお、内部端子２４ａ，２４ｂ、電極端子２６ａ，２６ｂは、例えば、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）などのメタライズ層にＮｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）などの各被膜をメッキなどにより積層した金属被膜からなる。

水晶振動子１０１は、水晶振動片１がパッケージベース２１の内部端子２４ａ，２４ｂに接合された状態で、パッケージベース２１の凹部２２がリッド２３により覆われ、パッケージベース２１とリッド２３とがシームリング、低融点ガラス、接着剤などの接合部材２７で接合されることにより、パッケージベース２１の凹部２２が気密に封止されている。
なお、パッケージベース２１の気密に封止された凹部２２内は、減圧された真空状態（真空度の高い状態）または窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが充填された状態となっている。

なお、パッケージ２０は、平板状のパッケージベース２１と凹部を有するリッド２３などから構成されていてもよい。また、パッケージ２０は、パッケージベース２１及びリッド２３の両方に凹部を有していてもよい。

水晶振動子１０１は、例えば、電子機器のＩＣチップ内に集積化された発振回路から、電極端子２６ａ，２６ｂを経由して印加される駆動信号によって、水晶振動片１が厚みすべり振動を励振されて所定の周波数で共振（発振）し、電極端子２６ａ，２６ｂから共振信号（発振信号）を出力する。

上述したように、第２実施形態の水晶振動子１０１は、水晶振動片１と、水晶振動片１が収容されているパッケージ２０と、を備えていることから、第１実施形態に記載の効果が反映された振動デバイスとしての水晶振動子を提供することができる。具体的には、小型で周波数温度特性に優れた水晶振動子を提供することができる。
なお、水晶振動子１０１は、水晶振動片１に代えて、各変形例の水晶振動片（２など）を用いても、上記と同様の効果、及び各変形例の水晶振動片（２など）特有の効果が反映された水晶振動子を提供することができる。
なお、水晶振動子１０１は、マウント電極１７，１８と内部端子２４ａ，２４ｂとの電気的接続が、金属ワイヤーを用いたワイヤーボンディングによって行われてもよい。

（第３実施形態）
次に、上述した振動片としての水晶振動片と、水晶振動片が収容されている容器としてのパッケージと、水晶振動片を駆動する発振回路と、を備えている振動デバイスの一例としての水晶発振器について説明する。

図１４は、第３実施形態の水晶発振器の概略構成を示す模式図である。図１４（ａ）は、リッド側から見た平面図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＡ−Ａ線での断面図であり、図１４（ｃ）は、図１４（ａ）のＤ−Ｄ線での断面図である。なお、平面図では、リッドを省略してある。また、上記第１実施形態及び第２実施形態との共通部分には、同一符号を付して詳細な説明を省略し、上記第１実施形態及び第２実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図１４に示すように、水晶発振器１０２は、上記第１実施形態の水晶振動片１または各変形例の水晶振動片（２など）のいずれか（ここでは、水晶振動片１とする）と、水晶振動片１を駆動する（発振させる）発振回路としてのＩＣチップ４０と、水晶振動片１及びＩＣチップ４０が収容されているパッケージ２０と、を備えている。

パッケージベース２１の凹部２２の底部には、凹状に形成されたＩＣチップ４０の収容部２２ｂが設けられている。発振回路を内蔵するＩＣチップ４０は、パッケージベース２１の収容部２２ｂの底面に、図示しない接着剤などを用いて固定されている。
ＩＣチップ４０は、図示しない接続パッドが、Ａｕ（金）、Ａｌ（アルミニウム）などの金属ワイヤー４１により収容部２２ｂ内の内部接続端子２２ｃと電気的に接続されている。

内部接続端子２２ｃは、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）などのメタライズ層にＮｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）などの各被膜をメッキなどにより積層した金属被膜からなり、図示しない内部配線を経由して、パッケージ２０の外底面２５の四隅に設けられた電極端子２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ、内部端子２４ａ，２４ｂなどと電気的に接続されている。
なお、ＩＣチップ４０の接続パッドと内部接続端子２２ｃとの接続には、金属ワイヤー４１を用いたワイヤーボンディングによる接続方法以外に、ＩＣチップ４０を反転させてのフリップチップ実装による接続方法などを用いてもよい。

水晶発振器１０２は、ＩＣチップ４０から内部接続端子２２ｃ、内部端子２４ａ，２４ｂ、などを経由して印加される駆動信号によって、水晶振動片１が厚みすべり振動を励振されて所定の周波数で共振（発振）する。
そして、水晶発振器１０２は、この発振に伴って生じる発振信号をＩＣチップ４０、電極端子２６ａ，２６ｂ（２６ｃ，２６ｄ）などを経由して外部に出力する。

上述したように、第３実施形態の水晶発振器１０２は、水晶振動片１と、水晶振動片１を駆動するＩＣチップ４０と、水晶振動片１及びＩＣチップ４０が収容されているパッケージ２０と、を備えていることから、第１実施形態に記載の効果が反映された振動デバイスとしての水晶発振器を提供することができる。具体的には、小型で周波数温度特性に優れた水晶発振器を提供することができる。
なお、水晶発振器１０２は、水晶振動片１に代えて、各変形例の水晶振動片（２など）を用いても、上記と同様の効果、及び各変形例の水晶振動片（２など）特有の効果が反映された水晶発振器を提供することができる。
なお、水晶発振器１０２は、ＩＣチップ４０をパッケージ２０に内蔵ではなく、外付けした構成のモジュール構造（例えば、１つの基板上に水晶振動子及びＩＣチップが個別に搭載されている構造）としてもよい。

（第４実施形態）
次に、上述した振動片としての水晶振動片を備えている電子機器として、携帯電話を一例に挙げて説明する。
図１５は、第４実施形態の携帯電話を示す模式斜視図である。
携帯電話７００は、上記第１実施形態の水晶振動片１または各変形例の水晶振動片（２など）を備えている携帯電話である。
図１５に示す携帯電話７００は、上述した水晶振動片（１または２など）を、例えば、基準クロック発振源などのタイミングデバイスとして用い、更に液晶表示装置７０１、複数の操作ボタン７０２、受話口７０３、及び送話口７０４を備えて構成されている。
これによれば、携帯電話７００は、水晶振動片（１または２など）を備えていることから、上記第１実施形態及び各変形例で説明した効果が反映され、優れた性能を発揮することができる。
なお、携帯電話７００の形態は、図示のタイプに限定されるものではなく、いわゆるスマートフォンタイプでもよい。

上述した水晶振動片は、上記携帯電話７００のような携帯電話に限らず、電子ブック、パーソナルコンピューター、テレビ、デジタルスチールカメラ、ビデオカメラ、ビデオレコーダー、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、タッチパネルを備えた機器などのタイミングデバイスとして好適に用いることができ、いずれの場合にも上記第１実施形態及び各変形例で説明した効果が反映された電子機器を提供することができる。

（第５実施形態）
次に、上述した振動片としての水晶振動片を備えている移動体として、自動車を一例に挙げて説明する。
図１６は、第５実施形態の自動車を示す模式斜視図である。
自動車８００は、上記第１実施形態の水晶振動片１または各変形例の水晶振動片（２など）を備えている自動車である。
自動車８００は、上述した水晶振動片（１または２など）を、例えば、搭載されている各種電子制御式装置（例えば、電子制御式燃料噴射装置、電子制御式ＡＢＳ装置、電子制御式一定速度走行装置など）の基準クロックを発生するタイミングデバイスとして用いている。
これによれば、自動車８００は、水晶振動片（１または２など）を備えていることから、上記第１実施形態及び各変形例で説明した効果が反映され、優れた性能を発揮することができる。

上述した水晶振動片は、上記自動車８００に限らず、自走式ロボット、自走式搬送機器、列車、船舶、飛行機、人工衛星などを含む移動体のタイミングデバイスとして好適に用いることができ、いずれの場合にも上記第１実施形態及び各変形例で説明した効果が反映された移動体を提供することができる。

１，２，３，４，５，６，７，８，９Ａ，９Ｂ…振動片としての水晶振動片、１０…ＡＴカット水晶基板、１１，１２…主面、１３，１４…励振電極、１５…振動部、１６…外周部、１７，１８…マウント電極、２０…容器としてのパッケージ、２１…パッケージベース、２２…凹部、２２ａ…段部、２２ｂ…収容部、２２ｃ…内部接続端子、２３…リッド（蓋体）、２４ａ，２４ｂ…内部端子、２５…外底面、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ…電極端子、２７…接合部材、３０…導電性接着剤、４０…発振回路としてのＩＣチップ、４１…金属ワイヤー、１０１…振動デバイスとしての水晶振動子、１０２…振動デバイスとしての水晶発振器、７００…電子機器としての携帯電話、７０１…液晶表示装置、７０２…操作ボタン、７０３…受話口、７０４…送話口、８００…移動体としての自動車。

Claims (8)

1. 水晶の結晶軸である、電気軸としてのＸ軸、機械軸としてのＹ軸、及び光学軸としてのＺ軸のうち、前記Ｘ軸を回転軸として、前記Ｚ軸を前記Ｙ軸の−Ｙ方向へ＋Ｚ側が回転するように傾けた軸をＺ’軸とし、前記Ｙ軸を前記Ｚ軸の＋Ｚ方向へ＋Ｙ側が回転するように傾けた軸をＹ’軸とし、前記Ｘ軸及び前記Ｚ’軸に平行な面を主面とし、前記Ｙ’軸に平行な方向を厚み方向とするＡＴカット水晶基板と、
   前記ＡＴカット水晶基板の前記主面の振動領域に配置されている励振電極と、を備え、
   厚みすべり振動で振動する振動部と、該振動部よりも厚みが薄く平面視で前記振動部を囲んでいる外周部と、を含み、
   前記外周部の前記Ｘ軸方向に沿ういずれかの端部には、前記励振電極と接続されているマウント電極が設けられていることを特徴とする振動片。
2. 請求項１において、
   前記振動部は、平面視で前記外周部の前記Ｘ軸方向に沿う前記いずれかの端部のうち一方の側に偏って設けられているとともに、前記マウント電極は、前記外周部の前記Ｘ軸方向に沿う前記いずれかの端部のうち他方の側に設けられていることを特徴とする振動片。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記外周部の前記Ｘ軸方向に沿う一方の前記端部から前記振動部の端部までの距離をΔＺ、前記振動部の厚みをｔとしたとき、
   ０．８≦ΔＺ／ｔ≦１．３
   を満足していることを特徴とする振動片。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
   前記振動部の側壁は、少なくとも一部が複数の段差を有していることを特徴とする振動片。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の振動片と、
   前記振動片が収容されている容器と、
   を備えていることを特徴とする振動デバイス。
6. 請求項５において、
   前記振動片を駆動する発振回路を更に備えていることを特徴とする振動デバイス。
7. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の振動片を備えていることを特徴とする電子機器。
8. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の振動片を備えていることを特徴とする移動体。

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