JP6311231B2 - 振動素子、振動子、発振器、電子機器および移動体 - Google Patents

Description

本発明は、振動素子、振動子、発振器、電子機器および移動体に関する。

ＡＴカット水晶振動素子は、励振する主振動の振動モードが厚みすべり振動であり、小型化、高周波数化に適し、且つ周波数温度特性が優れた三次曲線を呈するので、圧電発振器、電子機器等の多方面で使用されている。
ＡＴカット水晶振動素子は、ＡＴカット水晶基板と、ＡＴカット水晶基板の両面に配置された一対の励振電極とを有し、一対の励振電極間に交番電圧を印加することで、主振動（厚みすべり振動）を励振する構成となっている。ここで、特許文献１のＡＴカット水晶振動子では、主振動以外の副振動（スプリアス）を抑えるために、各励振電極の形状をＸ軸方向中央部の幅を両端部の幅よりも狭くした「くびれ」形状としている。このような構成によってもスプリアスをある程度抑えられるかもしれないが、その効果は、十分ではない。

以下、この理由について説明する。特許文献１のＡＴカット水晶振動子では、厚みが一定の平板状のＡＴカット水晶基板を用いている。このようなＡＴカット水晶基板では、一対の励振電極で挟まれた領域が振動領域となり、この振動領域内に主振動の振動領域と副振動の振動領域とが発生する。言い換えれば、特許文献１のように励振電極の形状を工夫して、スプリアスの発生を抑えようとしても、振動領域には必ず副振動の振動領域が発生し、それに伴って副振動が励起されてしまう。

特開平４−２７６９１５号公報

副振動を抑制することのできる振動素子、振動子、発振器、電子機器および移動体を提供することにある。

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］
本発明の振動素子は、厚み滑り振動する振動領域を含む振動部と、平面視で前記振動部を囲んでおり、前記振動部よりも厚さの薄い薄肉部と、を有し、前記振動部が前記薄肉部の外縁よりも内側の部分から前記厚さ方向に突出しているメサ型の水晶基板と、
前記振動部の両面にそれぞれ設けられた一対の励振電極と、を有し、
前記水晶基板の平面視にて、互いに直交する方向を第１方向および第２方向としたとき、
前記一対の励振電極の少なくとも一方は、前記第１方向に並ぶ一対の輪郭の各々が前記励振電極の前記第２方向に沿っている中心線に向かって凸に湾曲した部分を有することにより形成されたくびれ部を有していることを特徴とする。
これにより、副振動を抑制することのできる振動素子を提供することができる。

［適用例２］
本発明の振動素子では、水晶の電気軸であるＸ軸を回転軸として、光学軸であるＺ軸および機械軸であるＹ軸を所定角度回転させた軸をＺ’軸およびＹ’軸としたとき、
前記水晶基板は、前記Ｙ’軸に沿った方向を厚さとすることが好ましい。
これにより、温度特性に優れた振動素子となる。

［適用例３］
本発明の振動素子では、前記くびれ部は、前記第２方向の全域に設けられていることが好ましい。
これにより、より効果的に、副振動を抑制することができる。
［適用例４］
本発明の振動素子では、前記第１方向は、前記Ｚ’軸方向であり、前記第２方向は、前記Ｘ軸方向であることが好ましい。
これにより、Ｚ’軸方向の副振動を抑制することができる。

［適用例５］
本発明の振動素子では、前記一対の輪郭は、それぞれ、円弧状に湾曲していることが好ましい。
これにより、効果的に、Ｚ’軸方向の副振動を抑制することができる。
［適用例６］
本発明の振動素子では、前記円弧を円周の一部とした円の直径をφ［ｍｍ］とし、前記振動部の前記Ｘ軸方向の長さをＭｘ［ｍｍ］とし、前記Ｚ’軸方向の長さをＭｚ［ｍｍ］とし、前記Ｚ’軸方向の振動モードの次数をＮ（ただしＮ≧２の自然数）としたとき、下記式（１）の関係を満足することが好ましい。

これにより、より効果的に、Ｚ’軸方向の副振動を抑制することができる。

［適用例７］
本発明の振動素子では、前記Ｚ’軸方向のＮ＝２における前記振動モードに関与する領域は、前記くびれ部に位置する第１領域と、
前記励振電極の外にあって、前記第１領域を介して前記Ｚ’軸に沿って並んでいる第２領域および第３領域と、を有していることが好ましい。
これにより、効果的に、Ｚ’軸方向の副振動を抑制することができる。

［適用例８］
本発明の振動素子では、前記第１方向は、前記Ｘ軸方向であり、前記第２方向は、前記Ｚ’軸方向であることが好ましい。
これにより、Ｘ軸方向の副振動を抑制することができる。
［適用例９］
本発明の振動素子では、前記一対の輪郭は、それぞれ、円弧状に湾曲していることが好ましい。
これにより、効果的に、Ｘ軸方向の副振動を抑制することができる。

［適用例１０］
本発明の振動素子では、前記円弧を円周の一部とした円の直径をφ［ｍｍ］とし、前記振動部の前記Ｘ軸方向の長さをＭｘ［ｍｍ］とし、前記Ｚ’軸方向の長さをＭｚ［ｍｍ］とし、前記Ｘ軸方向の振動モードの次数をＮ（ただしＮ≧３の自然数）としたとき、下記式（２）の関係を満足することが好ましい。

これにより、より効果的に、Ｘ軸方向の副振動を抑制することができる。

［適用例１１］
本発明の振動素子では、前記Ｘ軸方向のＮ＝３における前記振動モードに関与する領域は、前記くびれ部に位置する第１領域と、
前記励振電極の外にあって、前記第１領域を介して前記Ｘ軸に沿って並んでいる第２領域および第３領域と、を有していることが好ましい。
これにより、より効果的に、Ｘ軸方向の副振動を抑制することができる。

［適用例１２］
本発明の振動子は、本発明の振動素子と、
前記振動素子を収容するパッケージと、を有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い振動子が得られる。
［適用例１３］
本発明の発振器は、本発明の振動素子と、
前記振動素子を駆動する発振回路と、を備えていることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い発振器が得られる。

［適用例１４］
本発明の電子機器は、本発明の振動素子を備えていることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
［適用例１５］
本発明の移動体は、本発明の振動素子を備えていることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。

（ａ）が本発明の第１実施形態にかかる振動素子の平面図、（ｂ）が透過図、（ｃ）が同図（ａ）中のＡ−Ａ線断面図である。 ＡＴカット水晶基板と水晶の結晶軸との関係を説明する図である。 （ａ）が主振動モードに関与する領域を示す平面図、（ｂ）がＺ’軸方向の副振動モードに関与する領域を示す平面図である。 図１に示す振動素子が有する励振電極の平面図である。 Ｚ’軸方向の副振動モードの振動エネルギーを示すグラフである。 励振電極の幅と、主振動モードおよび副振動モードのＣＩ値との関係を示すグラフである。 （ａ）がＸ軸方向の副振動モードに関与する領域を示す平面図、（ｂ）が本発明の第２実施形態にかかる振動素子が有する励振電極の平面図である。 Ｘ軸方向の副振動モードの振動エネルギーを示すグラフである。 本発明の振動子の好適な実施形態を示す断面図である。 本発明の発振器の好適な実施形態を示す断面図である。 本発明の電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。 本発明の電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。 本発明の電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。 本発明の移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図である。

以下、本発明の振動素子、振動子、発振器、電子機器および移動体を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
１．振動素子
まず、本発明の振動素子について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、（ａ）が本発明の第１実施形態にかかる振動素子の平面図、（ｂ）が透過図、（ｃ）が同図（ａ）中のＡ−Ａ線断面図である。図２は、ＡＴカット水晶基板と水晶の結晶軸との関係を説明する図である。図３は、（ａ）が主振動モードに関与する領域を示す平面図、（ｂ）がＺ’軸方向の副振動モードに関与する領域を示す平面図である。図４は、図１に示す振動素子が有する励振電極の平面図である。図５は、Ｚ’軸方向の副振動モードの振動エネルギーを示すグラフである。
図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、振動素子１は、水晶基板２と、水晶基板２上に形成された電極３とを有している。

（水晶基板）
水晶基板２の材料である水晶は、三方晶系に属しており、図２に示すように互いに直交する結晶軸Ｘ、Ｙ、Ｚを有している。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、それぞれ、電気軸、機械軸、光学軸と呼称される。本実施形態の水晶基板２は、ＸＺ面をＸ軸の回りに所定の角度θ回転させた平面に沿って切り出された「回転Ｙカット水晶基板」であり、たとえばθ＝３５°１５’だけ回転させた平面に沿って切り出された場合の基板は「ＡＴカット水晶基板」と呼ばれる。このような水晶基板を用いることにより、優れた温度特性を有する振動素子１となる。ただし、水晶基板２としては、厚みすべり振動を励振することができれば、ＡＴカットの水晶基板に限定されず、例えば、ＢＴカットの水晶基板を用いてもよい。なお、以下では、角度θに対応してＸ軸まわりに回転したＹ軸およびＺ軸を、Ｙ’軸およびＺ’軸とする。

水晶基板２は、Ｙ’軸方向に厚みを有し、ＸＺ’面方向に広がりを有する。また、水晶基板２は、平面視にて、Ｘ軸に沿った方向を長辺（長さ）とし、Ｚ’軸に沿った方向を短辺（幅）とする長方形状をなしている。また、水晶基板２は、−Ｘ軸側を先端、＋Ｘ軸側を基端とし、基端部にて対象物に固定される。ただし、水晶基板２は、Ｚ’軸に沿った方向を長辺（長さ）とし、Ｘ軸に沿った方向を短辺（幅）とする長方形状をなしていてもよい。

また、水晶基板２は、いわゆる「メサ型」をなし、厚肉の振動部２１と、振動部２１の周囲に配置され、振動部２１の厚みよりも薄い薄肉部２２とを有している。また、振動部２１の両面が薄肉部２２の両面から突出している。このような「メサ型」の水晶基板２によれば、質量の大きい振動部２１に振動を集中させて、振動部２１内に振動を閉じ込めることができる。また、後述する振動部２１内に発生する主振動モードＦに関与する領域Ｎ１と副振動モードＦｚに関与する領域Ｎ２とを振動部２１の形状・大きさによって支配的に決定することができ、励振電極３１、３２の形状や配置にほとんど影響されない構成とすることができる。
なお、水晶基板２には、ベベル加工やコンベックス加工が施されていてもよい。これにより、振動特性の向上を図ることができる。

（電極）
電極３は、励振電極３１、３２と、パッド電極３３、３４と、引出電極３５、３６とを有している。励振電極３１は、振動部２１の表面（＋Ｙ’側の主面）に配置され、励振電極３２は、振動部２１の裏面（−Ｙ’側の主面）に励振電極３１と対向して配置されている。励振電極３１、３２の形状は、ほぼ同じであり、平面視にて互いの縁がほぼ一致している。また、パッド電極３３、３４は、薄肉部２２の裏面の基端部にＺ’軸方向に並んで配置されている。また、引出電極３５は、薄肉部２２の表面および側面を通って励振電極３１とパッド電極３３とを電気的に接続し、引出電極３６は、薄肉部２２の裏面を通って励振電極３２とパッド電極３４とを電気的に接続している。そして、パッド電極３３、３４を介して励振電極３１、３２間に交番電圧を印加することで、振動部２１で厚み滑り振動が励起される。

なお、電極３（励振電極３１、３２、パッド電極３３、３４、引出電極３５、３６）の構成としては、特に限定されないが、例えば、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ（ニッケル）等の下地層に、Ａｕ（金）、Ａｌ（アルミニウム）、または、Ａｕ（金）やＡｌ（アルミニウム）を主成分とする合金を積層した金属被膜で構成することができる。
以上、振動素子１の構成について簡単に説明した。次に、振動素子１の特徴である励振電極３１、３２の形状について詳細に説明するが、それに先立って、ＡＴカット振動子に発生する主振動モードＦと副振動モードＦｚについて説明する。

まず、図３（ａ）に、水晶基板２の主振動モードＦに関与する領域Ｎ１を示す。同図から分かるように、領域Ｎ１は、振動部２１の中央部１カ所に存在している。次に、同図（ｂ）に、水晶基板２のＺ’軸方向の副振動モード（２次の振動モード）Ｆｚに関与する領域Ｎ２を示す。同図から分かるように、領域Ｎ２は、Ｚ’軸方向に沿って３つの領域（第２領域）Ｎ２１、領域（第１領域）Ｎ２２および領域（第３領域）Ｎ２３に分割されており、中央の領域Ｎ２２が正となる場合は、両サイドの領域Ｎ２１、Ｎ２３が共に負となり、中央の領域Ｎ２２が負となる場合は、両サイドの領域Ｎ２１、Ｎ２３が共に正となる電荷分布を有している。

ここで、メサ型の水晶基板２では、前述したように、振動部２１に振動が閉じ込められるため、振動部２１の形状・大きさによって、各振動モードに関与する領域（例えば、領域Ｎ１、Ｎ２）が決定する。すなわち、背景技術で説明した平板状のＡＴカット水晶振動素子では、励振電極で挟まれた領域が振動領域となるため、領域Ｎ１、Ｎ２が励振電極の形状・大きさによって支配的に決定され、励振電極の形状・大きさ等によって領域Ｎ１および領域Ｎ２が変化するのに対して、振動素子１では、領域Ｎ１、Ｎ２が振動部２１の形状・大きさによって支配的に決定されるため、励振電極３１、３２の形状・大きさ等が変化しても領域Ｎ１、Ｎ２がほとんど変化しない。
そこで、振動素子１では、領域Ｎ１、Ｎ２が振動部２１の形状・大きさによって支配的に決定されることに注目して励振電極３１、３２の形状を工夫し、副振動モードＦｚを抑制している。

以下、励振電極３１、３２の形状について説明するが、励振電極３１、３２は、ほぼ同じ形状であるため、以下では、励振電極３１について代表して説明し、励振電極３２については、その説明を省略する。
図４に示すように、励振電極３１は、Ｘ軸方向の両端部での幅（Ｚ’軸方向の長さ）Ｗ１が、Ｘ軸方向の中央部での幅（Ｚ’軸方向の長さ）Ｗ２よりも長く、くびれ部３１０を有する略「鼓」状をなしている。

具体的に説明すると、励振電極３１の輪郭を形成する４つの辺３１１、３１２、３１３、３１４のうち、Ｘ軸方向に並ぶ辺３１２、３１４は、それぞれ、Ｚ’軸方向に延在する略直線で構成されている。一方、Ｚ’軸方向に並ぶ辺３１１、３１３のうちの辺３１１は、励振電極３１のＸ軸方向に沿っている中心線に向かって凸に湾曲した湾曲線で構成され、辺３１３は、励振電極３１のＸ軸方向に沿っている中心線に向かって凸に湾曲した湾曲線で構成されている。そして、励振電極３１の幅Ｗが、Ｘ軸方向の中央部から両端部に向けて連続的に漸増し、これにより、くびれ部３１０が形成されている。

また、辺３１１は、領域Ｎ２１を避け、領域Ｎ２１、Ｎ２２の間（境界部）を通って延在しており、同様に、辺３１３は、領域Ｎ２３を避け、領域Ｎ２２、Ｎ２３の間（境界部）を通って延在している。すなわち、領域Ｎ２は、励振電極３１（くびれ部３１０）に位置する領域Ｎ２２と、励振電極３１の外にあって、領域Ｎ２２を介してＺ’軸に沿って並んでいる領域Ｎ２１、Ｎ２３とを有しているとも言える。なお、前記「境界部」は、図５に示すように、副振動モードＦｚの振動エネルギーの最大値（絶対値）の２０％以下の領域であると定義することが好ましく、１０％以下の領域であると定義することがさらに好ましい。

励振電極３１、３２をこのような形状とすることで、副振動モードＦｚに関与する領域Ｎ２１、Ｎ２３への電界作用を低減することができ、副振動モードＦｚの発生を低減することができる。また、励振電極３１、３２の面積の低下を最小限に留めることができるため、主振動モードＦのＣＩ値を低い状態で維持することができる。
特に、本実施形態のように、くびれ部３１０をＸ軸方向の全域に設けることで、辺３１１を領域Ｎ２１、Ｎ２２の間（境界部）に延在させ易くなり、同様に、辺３１３を領域Ｎ２２、Ｎ２３の間（境界部）に延在させ易くなる。そのため、上記効果をより顕著に発揮することができる。

また、本実施形態では、辺３１１、３１３は、それぞれ、円弧で構成されている。辺３１１、３１３の直径（前記円弧を円周の一部とした円の直径）φとしては、特に限定されないが、振動部２１のＸ軸方向の長さをＭｘとし、Ｚ’軸方向の長さをＭｚとし、副振動モードＦｚの次数をＮ（ただしＮ≧２の自然数）としたとき、下記式（３）の関係を満足することが好ましく、下記式（４）の関係を満足することがより好ましい。なお、副振動モードＦｚの次数は２であるため、本実施形態では、Ｎ＝２である。ただし、Ｎ＝２に限定されず、Ｎが３以上の自然数である副振動モードにも適用することができる。

このような関係を満足することによって、より確実に、上述したように、辺３１１を領域Ｎ２１、Ｎ２２の間（境界部）に延在させることができ、同様に、辺３１３を領域Ｎ２２、Ｎ２３の間（境界部）に延在させることができる。そのため、上記効果をより確実に発揮することができる。
φ＝［Ｍｘ／｛Ｍｚ／（Ｎ＋３）｝］×１．２であるサンプル１と、φ＝［Ｍｘ／｛Ｍｚ／（Ｎ＋３）｝］×０．８であるサンプル２と、φ＝［Ｍｘ／｛Ｍｚ／（Ｎ＋３）｝］×０．４であるサンプル３と、φ＝∞（すなわち、辺３１１、３１３がＸ軸方向に延びる直線）であるサンプル４とを用意し、励振電極３１、３２の幅Ｗと、主振動モードＦおよび副振動モードＦｚのＣＩ値との関係を計測した。なお、本計測に用いた振動素子は、Ｍｘ＝Ｍｚ＝１ｍｍであるため、サンプル１ではφ＝６ｍｍ、サンプル２ではφ＝４ｍｍ、サンプル３ではφ＝６ｍｍとなる。

図６に、計測結果を示す。同図から分かるように、本発明の振動素子に含まれるサンプル１〜３は、本発明の振動素子に含まれないサンプル４よりも副振動モードＦｚのＣＩ値が高くなっている。このため、サンプル１〜３は、サンプル４よりも副振動モードＦｚが発振し難くなっていることが分かる。特に、式（３）を満足するサンプル１、２は、幅Ｗを狭めるに連れて指数関数的にＣＩ値が高くなっている。そのため、式（３）を満足することによって、より副振動モードＦｚが発振し難くなっていることが分かる。

なお、本実施形態では、辺３１１、３１３が共に円弧状の曲線で構成されているが、辺３１１、３１３の形状としては、湾曲した部分を有していれば、これに限定されない。例えば、辺３１１、３１３の中央部から両端部に向けて曲率半径が漸増する湾曲線、辺３１１、３１３の中央部から両端部に向けて曲率半径が漸減する湾曲線等の曲率半径の異なる部分を有する湾曲線で構成されていてもよいし、辺３１１、３１３の途中に直線が含まれていてもよい。

また、本実施形態では、辺３１１が領域Ｎ２１、Ｎ２２の間を通って延在し、辺３１３が領域Ｎ２３、Ｎ２２の間を通って延在しているが、これに限定されず、例えば、辺３１１が領域Ｎ２１上を通過し、辺３１３が領域Ｎ２３上を通過してもよいし、辺３１１、３１３が領域Ｎ２２上を通過してもよい。
また、本実施形態では、本実施形態では、励振電極３１、３２が共に、前述した鼓状をなしているが、励振電極３１、３２の少なくとも一方がくびれ部を有していれば、他方がくびれ部を有していなくてもよい。すなわち、前記他方は、例えば、矩形状であってもよい。このような構成でも、本実施形態よりも若干劣るが上述の効果を発揮することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の振動素子の第２実施形態について説明する。
図７は、（ａ）がＸ軸方向の副振動モードに関与する領域を示す平面図、（ｂ）が本発明の第２実施形態にかかる振動素子が有する励振電極の平面図である。図８は、Ｘ軸方向の副振動モードの振動エネルギーを示すグラフである。

以下、第２実施形態の振動素子について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第２実施形態にかかる振動素子は、励振電極の形状が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。

前述した第１実施形態の振動素子１では、Ｚ’軸方向の副振動モードＦｚを抑制するために励振電極３１、３２の形状を工夫している。これと同じ発想で、本実施形態の振動素子１では、Ｘ軸方向の副振動モード（３次の振動モード）Ｆｘを抑制するために励振電極３１、３２の形状を工夫している。Ｚ’軸方向の副振動モードＦｚと同様に、Ｘ軸方向の副振動モードＦｘも発生し易い振動モードであるため、この副振動モードＦｘを抑制することによって、前述した第１実施形態と同様に、振動素子１の振動特性の向上を図ることができる。

図７（ａ）に、Ｘ軸方向の副振動モードＦｘに関与する領域Ｎ３を示す。同図から分かるように、領域Ｎ３は、Ｘ軸方向に沿って３つの領域（第２領域）Ｎ３１、領域（第１領域）Ｎ３２および領域（第３領域）Ｎ３３に分割され、中央の領域Ｎ３２が正となる場合は、両サイドの領域Ｎ３１、Ｎ３３が負となり、中央の領域Ｎ３２が負となる場合は、両サイドの領域Ｎ３１、Ｎ３３が正となる電荷分布を有している。

ここで、メサ型の水晶基板２では、前述したように、振動部２１に振動が閉じ込められるため、振動部２１の形状・大きさによって、各振動モードに関与する領域（例えば、Ｎ１、Ｎ３）が決定する。すなわち、振動素子１では、領域Ｎ３が振動部２１の形状・大きさによって支配的に決定されるため、励振電極３１、３２の形状・大きさ等が変化しても領域Ｎ３がほとんど変化しない。
そこで、振動素子１では、領域Ｎ３が振動部２１の形状・大きさによって支配的に決定されることに注目して励振電極３１、３２の形状を工夫し、副振動モードＦｘを抑制している。

以下、励振電極３１、３２の形状について説明するが、励振電極３１、３２は、ほぼ同じ形状であるため、以下では、励振電極３１について代表して説明し、励振電極３２については、その説明を省略する。
図７（ｂ）に示すように、励振電極３１は、Ｚ’軸方向の両端部での長さ（Ｘ軸方向の長さ）Ｌ１が、Ｚ’軸方向の中央部での長さ（Ｘ軸方向の長さ）Ｌ２よりも長く、くびれ部３１０を有する略「鼓」状をなしている。具体的に説明すると、励振電極３１の輪郭を形成する４つの辺３１１、３１２、３１３、３１４のうち、Ｚ’軸方向に並ぶ辺３１１、３１３は、それぞれ、Ｘ軸方向に延在する略直線で構成されている。一方、Ｘ軸方向に並ぶ辺３１２、３１４のうちの辺３１２は、励振電極３１のＸ軸方向に沿っている中心線に向かって凸に湾曲した湾曲線で構成され、辺３１４は、励振電極３１のＸ軸方向に沿っている中心線に向かって凸に湾曲した湾曲線で構成されている。そして、励振電極３１の長さＬが、Ｚ’軸方向の中央部から両端部に向けて連続的に漸増し、これにより、くびれ部３１０が形成されている。

また、辺３１２は、領域Ｎ３１を避け、領域Ｎ３１、Ｎ３２の間（境界部）を通って延在しており、同様に、辺３１４は、領域Ｎ３３を避け、領域Ｎ３２、Ｎ３３の間（境界部）を通って延在している。すなわち、領域Ｎ３は、励振電極３１（くびれ部３１０）に位置する領域Ｎ３２と、励振電極３１の外にあって、領域Ｎ３２を介してＸ軸に沿って並んでいる領域Ｎ３１、Ｎ３３とを有しているとも言える。なお、前記「境界部」は、図８に示すように、副振動モードＦｘの振動エネルギーの最大値（絶対値）の２０％以下の領域であると定義することが好ましく、１０％以下の領域であると定義することがさらに好ましい。

励振電極３１、３２をこのような形状とすることで、副振動モードＦｘに関与する領域Ｎ３１、Ｎ３３への電界作用を低減することができ、副振動モードＦｘの発生を低減することができる。また、励振電極３１、３２の面積の低下を最小限に留めることができるため、主振動モードＦのＣＩ値を低い状態で維持することができる。
特に、本実施形態のように、くびれ部３１０をＺ’軸方向の全域に設けることで、辺３１２を領域Ｎ３１、Ｎ３２の間（境界部）に延在させ易くなり、同様に、辺３１４を領域Ｎ３２、Ｎ３３の間（境界部）に延在させ易くなる。そのため、上記効果をより顕著に発揮することができる。

また、本実施形態では、辺３１２、３１４は、それぞれ、円弧で構成されている。辺３１２、３１４の直径（前記円弧を円周の一部とした円の直径）φとしては、特に限定されないが、振動部２１のＸ軸方向の長さをＭｘとし、Ｚ’軸方向の長さをＭｚとし、副振動モードＦｘの次数をＮ（ただしＮ≧３の自然数）としたとき、下記式（５）の関係を満足することが好ましく、下記式（６）の関係を満足することがより好ましい。なお、副振動モードＦｘの次数は３であるため、本実施形態では、Ｎ＝３である。ただし、Ｎ＝３に限定されず、Ｎが４以上の自然数である副振動モードにも適用することができる。

このような関係を満足することによって、より確実に、上述したように、辺３１２を領域Ｎ３１、Ｎ３２の間（境界部）に延在させることができ、同様に、辺３１４を領域Ｎ３２、Ｎ３３の間（境界部）に延在させることができる。そのため、上記効果をより確実に発揮することができる。
なお、本実施形態では、辺３１２、３１４が共に円弧状の曲線で構成されているが、辺３１２、３１４の形状としては、湾曲した部分を有していれば、これに限定されない。例えば、辺３１２、３１４の中央部から両端部に向けて曲率半径が漸増する湾曲線、辺３１２、３１４の中央部から両端部に向けて曲率半径が漸減する湾曲線等の曲率半径の異なる部分を有する湾曲線で構成されていてもよいし、辺３１２、３１４の途中に直線が含まれていてもよい。

また、本実施形態では、辺３１２が領域Ｎ３１、Ｎ３２の間を通って延在し、辺３１４が領域Ｎ３３、Ｎ３２の間を通って延在しているが、これに限定されず、例えば、辺３１２が領域Ｎ３１上を通過し、辺３１４が領域Ｎ３３上を通過してもよいし、辺３１２、３１４が領域Ｎ３２上を通過してもよい。
また、本実施形態では、本実施形態では、励振電極３１、３２が共に、前述した鼓状をなしているが、励振電極３１、３２の少なくとも一方がくびれ部を有していれば、他方がくびれ部を有していなくてもよい。すなわち、前記他方は、例えば、矩形状であってもよい。このような構成でも、本実施形態よりも若干劣るが上述の効果を発揮することができる。
以上のような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

２．振動子
次に、前述した振動素子１を適用した振動子（本発明の振動子）について説明する。
図９は、本発明の振動子の好適な実施形態を示す断面図である。
図９に示す振動子１０は、前述した振動素子１と、振動素子１を収容するパッケージ４とを有している。

（パッケージ）
パッケージ４は、上面に開放する凹部４１１を有する箱状のベース４１と、凹部４１１の開口を塞いでベース４１に接合された板状のリッド４２とを有している。そして、凹部４１１がリッド４２によって塞がれることにより形成された収容空間Ｓに振動素子１が収納されている。収容空間Ｓは、減圧（真空）状態となっていてもよいし、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入されていてもよい。

ベース４１の構成材料としては、特に限定されないが、酸化アルミニウム等の各種セラミックスを用いることができる。また、リッド４２の構成材料としては、特に限定されないが、ベース４１の構成材料と線膨張係数が近似する部材であると良い。例えば、ベース４１の構成材料を前述のようなセラミックスとした場合には、コバール等の合金とするのが好ましい。なお、ベース４１とリッド４２の接合は、特に限定されず、例えば、接着剤を介して接合してもよいし、シーム溶接等により接合してもよい。

ベース４１の凹部４１１の底面には、接続電極４５１、４６１が形成されている。また、ベース４１の下面には、外部実装端子４５２、４６２が形成されている。接続電極４５１は、ベース４１に形成された図示しない貫通電極を介して外部実装端子４５２と電気的に接続されており、接続電極４６１は、ベース４１に形成された図示しない貫通電極を介して外部実装端子４６２と電気的に接続されている。

接続電極４５１、４６１、外部実装端子４５２、４６２の構成としては、それぞれ、導電性を有していれば、特に限定されないが、例えば、Ｃｒ（クロム）、Ｗ（タングステン）などのメタライズ層（下地層）に、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）などの各被膜を積層した金属被膜で構成することができる。
収容空間Ｓ内に収容されている振動素子１は、導電性接着剤５１、５２によってベース４１に固定されている。導電性接着剤５１は、接続電極４５１とパッド電極３３とに接触して設けられ、導電性接着剤５２は、接続電極４６１とパッド電極３４とに接触して設けられている。導電性接着剤５１、５２としては、導電性および接着性を有していれば特に限定されず、例えば、シリコーン系、エポキシ系、アクリル系、ポリイミド系、ビスマレイミド系等の接着剤に導電性フィラーを分散させたものを用いることができる。

３．発振器
次に、本発明の振動子を適用した発振器（本発明の発振器）について説明する。
図１０は、本発明の発振器の好適な実施形態を示す断面図である。
図１０に示す発振器１００は、振動子１０と、振動素子１を駆動するためのＩＣチップ１１０とを有している。以下、発振器１００について、前述した振動子との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

図１０に示すように、発振器１００では、ベース４１の凹部４１１にＩＣチップ１１０が固定されている。ＩＣチップ１１０は、凹部４１１の底面に形成された複数の内部端子１２０と電気的に接続されている。複数の内部端子１２０には、接続電極４５１、４６１と接続されているものと、外部実装端子４５２、４６２と接続されているものがある。ＩＣチップ１１０は、振動素子１の駆動を制御するための発振回路を有している。そして、ＩＣチップ１１０によって振動素子１を駆動すると、所定の周波数の信号を取り出すことができる。

４．電子機器
次に、本発明の振動子を適用した電子機器（本発明の電子機器）について説明する。
図１１は、本発明の電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１１０８を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、フィルター、共振器、基準クロック等として機能する振動子１０（振動素子１）が内蔵されている。

図１２は、本発明の電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１２０８が配置されている。このような携帯電話機１２００には、フィルター、共振器等として機能する振動子１０（振動素子１）が内蔵されている。

図１３は、本発明の電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。

ディジタルスチルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１３１０が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１３１０は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。

撮影者が表示部に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。また、このディジタルスチルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１４３０が、デ−タ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。このようなディジタルスチルカメラ１３００には、フィルター、共振器等として機能する振動子１０（振動素子１）が内蔵されている。

なお、本発明の振動素子を備える電子機器は、図１１のパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図１２の携帯電話機、図１３のディジタルスチルカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、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、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター等に適用することができる。

５．移動体
次に、本発明の振動子を適用した移動体（本発明の移動体）について説明する。
図１４は、本発明の移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図である。自動車１５００には、振動子１０（振動素子１）が搭載されている。振動子１０は、キーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム(ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System)、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）に広く適用できる。

以上、本発明の振動素子、振動子、発振器、電子機器および移動体について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、前述した各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
また、本発明の振動素子は、一対の励振電極の一方が前述した第１実施形態の形状をなし、他方が前述した第２実施形態の形状をなしていてもよい。

１……振動素子 １０……振動子 １００……発振器 １１０……ＩＣチップ １２０……内部端子 ２……水晶基板 ２１……振動部 ２２……薄肉部 ３……電極 ３１０……くびれ部 ３１、３２……励振電極 ３１１、３１２、３１３、３１４……辺 ３３、３４……パッド電極 ３５、３６……引出電極 ４……パッケージ ４１……ベース ４１１……凹部 ４２……リッド ４５１、４６１……接続電極 ４５２、４６２……外部実装端子 ５１、５２……導電性接着剤 １１００……パーソナルコンピューター １１０２……キーボード １１０４……本体部 １１０６……表示ユニット １１０８……表示部 １２００……携帯電話機 １２０２……操作ボタン １２０４……受話口 １２０６……送話口 １２０８……表示部 １３００……ディジタルスチルカメラ １３０２……ケース １３０４……受光ユニット １３０６……シャッターボタン １３０８……メモリー １３１０……表示部 １３１２……ビデオ信号出力端子 １３１４……入出力端子 １４３０……テレビモニター １４４０……パーソナルコンピューター １５００……自動車 Ｆ……主振動モード Ｎ１、Ｎ２、Ｎ２１、Ｎ２２、Ｎ２３、Ｎ３、Ｎ３１、Ｎ３２、Ｎ３３……領域 Ｓ……収容空間 θ……角度

Claims (15)

1. 厚み滑り振動する振動領域を含む振動部と、平面視で前記振動部を囲んでおり、前記振動部よりも厚さの薄い薄肉部と、を有し、前記振動部が前記薄肉部の外縁よりも内側の部分から前記厚さ方向に突出しているメサ型の水晶基板と、
   前記振動部の両面にそれぞれ設けられた一対の励振電極と、を有し、
   前記水晶基板の平面視にて、互いに直交する方向を第１方向および第２方向としたとき、
   前記一対の励振電極の少なくとも一方は、前記第１方向に並ぶ一対の輪郭の各々が前記励振電極の前記第２方向に沿っている中心線に向かって凸に湾曲した部分を有することにより形成されたくびれ部を有していることを特徴とする振動素子。
2. 水晶の電気軸であるＸ軸を回転軸として、光学軸であるＺ軸および機械軸であるＹ軸を所定角度回転させた軸をＺ’軸およびＹ’軸としたとき、
   前記水晶基板は、前記Ｙ’軸に沿った方向を厚さとする請求項１に記載の振動素子。
3. 前記くびれ部は、前記第２方向の全域に設けられている請求項２に記載の振動素子。
4. 前記第１方向は、前記Ｚ’軸方向であり、前記第２方向は、前記Ｘ軸方向である請求項２または３に記載の振動素子。
5. 前記一対の輪郭は、それぞれ、円弧状に湾曲している請求項４に記載の振動素子。
6. 前記円弧を円周の一部とした円の直径をφ［ｍｍ］とし、前記振動部の前記Ｘ軸方向の長さをＭｘ［ｍｍ］とし、前記Ｚ’軸方向の長さをＭｚ［ｍｍ］とし、前記Ｚ’軸方向の振動モードの次数をＮ（ただしＮ≧２の自然数）としたとき、
   

   

   なる関係を満足する請求項５に記載の振動素子。
7. 前記Ｚ’軸方向のＮ＝２における前記振動モードに関与する領域は、前記くびれ部に位置する第１領域と、
   前記励振電極の外にあって、前記第１領域を介して前記Ｚ’軸に沿って並んでいる第２領域および第３領域とを有している請求項６に記載の振動素子。
8. 前記第１方向は、前記Ｘ軸方向であり、前記第２方向は、前記Ｚ’軸方向である請求項２または３に記載の振動素子。
9. 前記一対の輪郭は、それぞれ、円弧状に湾曲している請求項８に記載の振動素子。
10. 前記円弧を円周の一部とした円の直径をφ［ｍｍ］とし、前記振動部の前記Ｘ軸方向の長さをＭｘ［ｍｍ］とし、前記Ｚ’軸方向の長さをＭｚ［ｍｍ］とし、前記Ｘ軸方向の振動モードの次数をＮ（ただしＮ≧３の自然数）としたとき、
    

    

    なる関係を満足する請求項９に記載の振動素子。
11. 前記Ｘ軸方向のＮ＝３における前記振動モードに関与する領域は、前記くびれ部に位置する第１領域と、
    前記励振電極の外にあって、前記第１領域を介して前記Ｘ軸に沿って並んでいる第２領域および第３領域とを有している請求項１０に記載の振動素子。
12. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の振動素子と、
    前記振動素子を収容するパッケージと、を有することを特徴とする振動子。
13. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の振動素子と、
    前記振動素子を駆動する発振回路と、を備えていることを特徴とする発振器。
14. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の振動素子を備えていることを特徴とする電子機器。
15. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の振動素子を備えていることを特徴とする移動体。

Images