JP2013187854A - 圧電振動片、圧電振動子、発振器、電子機器および電波時計 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＩ値を低く抑えつつ、振動腕部の剛性を確保して耐衝撃性を向上できる圧電振動片と、この圧電振動片を用いた圧電振動子、発振器、電子機器および電波時計を提供する。
【解決手段】一対の振動腕部１０，１１と、振動腕部１０，１１の両主面に形成され、振動腕部の長手方向に沿って延びる一対の溝部１８と、一対の振動腕部１０，１１の長手方向の基端側が接続された基部１２と、を備えた圧電振動片４であって、溝部１８の底部１８ａには、長手方向の先端側から長手方向の基端側に向かって、溝部１８の開口１８ｂ側に膨出する膨出部２３が形成されていることを特徴としている。
【選択図】図３

Description

この発明は、圧電振動片、圧電振動子、この圧電振動子を用いた発振器、電子機器および電波時計に関するものである。

携帯電話や携帯情報端末機器には、時刻源や制御信号のタイミング源、リファレンス信号源等として、水晶等を利用した圧電振動子が用いられている。この種の圧電振動子は、様々なものが提供されているが、その１つとして、いわゆる音叉型の圧電振動片をパッケージに封入した圧電振動子が知られている。

音叉型の圧電振動片は、幅方向に並んで配置された一対の振動腕部と、一対の振動腕部の長手方向の基端側を一体的に固定する基部とを有する、薄板状の水晶片である。この圧電振動片は、各振動腕部に形成された励振電極に電圧が印加されると、一対の振動腕部が接近および離間するように、幅方向に所定の共振周波数で振動する。

近年、搭載される機器の小型化に伴って、圧電振動片のさらなる小型化が望まれている。圧電振動片のＣＩ値（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）を低く抑えつつ、圧電振動片の小型化を図る方法としては、振動腕部の両主面に溝部を形成する方法が広く知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の圧電振動片は、基部と、前記基部から突出して形成されている複数の振動腕部と、を備え、各振動腕部の表面部及び裏面部に、溝部が形成されている。溝部により、振動腕部の長手方向に垂直な断面の形状は略Ｈ型となっている。

特開２００８−２９０３０号公報

しかし、圧電振動片に溝部を形成した場合、溝部を形成していない場合と比較して、振振動腕部の長手方向に垂直な断面の面積（以下「振動腕部の断面積」という。）が小さくなり、振動腕部の厚み方向に対する曲げ剛性およびねじり剛性（以下、単に「剛性」という。）が確保できず、外部衝撃等に対する耐衝撃性が低下するおそれがある。

また、圧電振動片がパッケージに封入されている場合には、基部がパッケージにマウントされて固定されている。このため、パッケージを介して圧電振動片に対して外部衝撃等が加わった場合には、振動腕部の基部との接続部分近傍に応力が集中する。したがって、特に、振動腕部の基部との接続部分近傍において、外部衝撃に対する耐衝撃性を確保できないおそれがある。

そこで本発明は、ＣＩ値を低く抑えつつ、振動腕部の剛性を確保して耐衝撃性を向上できる圧電振動片と、この圧電振動片を用いた圧電振動子、発振器、電子機器および電波時計の提供を課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明の圧電振動片は、並んで配置された一対の振動腕部と、前記振動腕部の両主面に形成され、前記振動腕部の長手方向に沿って延びる一対の溝部と、前記一対の振動腕部の前記長手方向の基端側が接続された基部と、を備えた圧電振動片であって、前記振動腕部の両主面に形成された前記一対の溝部のうち、少なくとも一方の前記溝部の底部には、前記長手方向の先端側から前記長手方向の基端側に向かって、前記溝部の開口側に膨出する膨出部が形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、溝部の底部に膨出部を形成することで、振動腕部の溝部形成領域の厚さを確保し、断面積を大きくできる。これにより、振動腕部に溝部を形成しつつ従来技術よりも振動腕部の剛性を高く確保できるので、ＣＩ値を低く抑えつつ振動腕部の耐衝撃性を向上できる。さらに、膨出部は、振動腕部の長手方向の先端側から基端側に向かって、溝部の開口側に膨出しているので、振動腕部の溝部形成領域の基端側における断面積を大きく確保できる。したがって、特に、振動腕部の基部との接続部分近傍において、外部衝撃に対する耐衝撃性を向上できる。

また、前記膨出部は、前記長手方向の前記先端側から前記基端側に向かって、前記溝部の開口側に漸次膨出するように形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、膨出部は、振動腕部の長手方向の先端側から基端側に向かって、漸次溝部の開口側に膨出しているので、振動腕部の先端側から基端側における断面積を漸次大きくできる。これにより、振動腕部の剛性も振動腕部の先端側から基端側に向かって漸次高くなるので、圧電振動片に外部衝撃が加わったときに振動腕部の特定箇所に応力が集中するのを防止でき、振動腕部の耐衝撃性をさらに向上できる。また、膨出部は、振動腕部の基端側よりも先端側の高さが低くなるように形成されているので、振動腕部の先端側において、溝部の幅方向側面の面積を広く確保できる。したがって、圧電振動片のＣＩ値をより低く抑えることができる。

また、前記膨出部は、前記振動腕部の幅方向における中央部が開口側に膨出するように形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、膨出部は、振動腕部の長手方向の先端側から基端側に向かって溝部の開口側に膨出するとともに、振動腕部の幅方向における中央部が溝部の開口側に向かってリブ状に膨出しているので、振動腕部の長手方向の全体にわたって、溝部形成領域の断面積を大きく確保できる。したがって、振動腕部の基端側の剛性を高く確保できるとともに、長手方向の全体にわたって剛性を確保できるので、外部衝撃に対する耐衝撃性をさらに向上できる。また、溝部の幅方向における中央部のみが、振動腕部の長手方向の先端側から基端側に向かって溝部の開口側に膨出することで、振動腕部の長手方向の全域にわたって、溝部の幅方向側面の面積を広く確保できる。したがって、圧電振動片のＣＩ値をさらに低く抑えることができるので、駆動効率に優れた圧電振動片を形成できる。

また、本発明の圧電振動子は、上述した圧電振動片を備えたことを特徴としている。
本発明によれば、ＣＩ値を低く抑えつつ、振動腕部の剛性を確保して耐衝撃性を向上できる圧電振動片を備えているので、駆動効率および耐衝撃性に優れた圧電振動子を提供できる。

また、本発明の発振器は、上述した圧電振動子が、発振子として集積回路に電気的に接続されていることを特徴とする。
本発明の電子機器は、上述した圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とする。
本発明の電波時計は、上述した圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続されていることを特徴とする。

本発明の発振器、電子機器および電波時計によれば、駆動効率および耐衝撃性に優れた圧電振動子を備えているので、高効率で耐衝撃性に優れた高性能な発振器、電子機器および電波時計を提供できる。

本発明によれば、溝部の底部に膨出部を形成することで、振動腕部の溝部形成領域の厚さを確保し、断面積を大きくできる。これにより、振動腕部に溝部を形成しつつ従来技術よりも振動腕部の剛性を高く確保できるので、ＣＩ値を低く抑えつつ振動腕部の耐衝撃性を向上できる。さらに、膨出部は、振動腕部の長手方向の先端側から基端側に向かって、溝部の開口側に膨出しているので、振動腕部の溝部形成領域の基端側における断面積を大きく確保できる。したがって、特に、振動腕部の基部との接続部分近傍において、外部衝撃に対する耐衝撃性を向上できる。

圧電振動片の平面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 図１のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。 実施形態の変形例における溝部の先端側の断面図である。 実施形態の変形例における溝部の基端側の断面図である。 圧電振動子の外観斜視図である。 圧電振動子の内部構成図であって、リッド基板を取り外した状態の平面図である。 図８のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。 図７に示す圧電振動子の分解斜視図である。 発振器の一実施形態を示す構成図である。 電子機器の一実施形態を示す構成図である。 電波時計の一実施形態を示す構成図である。

（実施形態の圧電振動片）
以下に、本発明の実施形態に係る圧電振動片について図面を参照して説明する。
図１は、圧電振動片４の平面図である。
図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図である。
図１に示すように、本実施形態の圧電振動片４は、圧電振動片４は、水晶やタンタル酸リチウム、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ものである。この圧電振動片４は、平行に配置された一対の振動腕部１０，１１と、前記一対の振動腕部１０，１１の基端側を一体的に固定する基部１２と、一対の振動腕部１０，１１の両主面上に形成された溝部１８とを備えている。

（溝部）
以下に、本実施形態の溝部１８について説明をする。
溝部１８は、振動腕部１０，１１の長手方向に沿って、振動腕部１０，１１の基端側から略中間付近まで形成されている。図２に示すように、振動腕部１０，１１の長手方向と直交する溝部１８の断面形状は、略Ｈ字形状に形成されている。

図３は、図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。なお、図３では、溝部１８の底部１８ａを、溝部１８の最も深い位置における振動腕部１０，１１の両主面に平行な面と定義し、二点鎖線で図示している。
図３に示すように、振動腕部１０，１１の両主面に形成された溝部１８の底部１８ａには、膨出部２３が形成されている。

膨出部２３は、振動腕部１０，１１の長手方向の先端側（図３における右側）から前記長手方向の基端側（図３における左側）に向かって、溝部１８の開口１８ｂ側に漸次膨出するように形成されている。これにより、膨出部２３の溝部１８の開口１８ｂ側の面は、振動腕部１０，１１の長手方向の先端側から基端側に向かって、溝部１８の開口１８ｂ側に傾斜する傾斜面２３ａとなっている。このように溝部１８内に傾斜面２３ａを形成する場合には、レーザエッチング加工やＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ：集積イオンビーム）加工等の加工方法が好適である。

膨出部２３の膨出高さに対応する溝部１８の深さは、要求されるＣＩ値および振動腕部１０，１１の剛性に基づいて決定される。具体的には、以下のように溝部１８の深さが決定される。
例えば、従来技術の圧電振動片と同等以上のＣＩ値を確保したい場合において、本実施形態の基端側における溝部１８の深さをｈ１とし、先端側における溝部１８の深さをｈ２とし、従来技術の圧電振動片の溝部の深さをｈ３としたとき、本実施形態における基端側の溝部１８の深さｈ１、先端側の溝部１８の深さｈ２、および従来技術の圧電振動片の溝部の深さｈ３は、
ｈ３≦（ｈ１＋ｈ２）／２・・・（１）
の関係を満たすように設定される。
（１）式を満たすことで、側面視で略台形状に形成された溝部１８の幅方向側面１８ｃの面積は、従来技術の圧電振動片における溝部の幅方向側面の面積と同等以上の大きさに確保される。したがって、従来技術の圧電振動片と同等以上のＣＩ値を確保できる。

図４は、図１のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
振動腕部１０，１１の長手方向の先端側から基端側に向かって、溝部１８の開口１８ｂ側に漸次膨出するように膨出部２３を形成することで（図３参照）、図４に示す溝部１８形成領域における基端側の振動腕部１０，１１の断面積Ｓ２は、図２に示す先端側の断面積Ｓ１よりも大きくなっている。すなわち、溝部１８形成領域における振動腕部１０，１１の断面積（以下、単に「振動腕部１０，１１の断面積」ということがある。）は、膨出部２３の膨出量に対応して、基端側の断面積Ｓ２が先端側の断面積Ｓ１よりも大きくなっている。これにより、振動腕部１０，１１の溝部１８形成領域における剛性は、先端側よりも基端側のほうが高く確保される。

また、膨出部２３は、先端側から基端側に向かって漸次膨出しているので、振動腕部１０，１１の断面積も、先端側から基端側に向かって漸次大きくなる。これにより、振動腕部１０，１１の剛性も振動腕部１０，１１の先端側から基端側に向かって漸次高くなるので、圧電振動片４に外部衝撃が加わったときに振動腕部１０，１１の特定箇所に応力が集中するのが防止される。
また、膨出部２３は、先端側から基端側に向かって漸次膨出しているので、振動腕部１０，１１の先端側において、溝部１８の幅方向側面１８ｃの面積が広く確保されている。したがって、圧電振動片４のＣＩ値をより低く抑えることができる。

（各電極）
上述のように形成された圧電振動片４は、図１に示すように、一対の振動腕部１０，１１の外表面上に形成されて一対の振動腕部１０，１１を振動させる第一の励振電極１３および第二の励振電極１４からなる励振電極１５と、圧電振動片４をパッケージに実装するために基部１２に形成されたマウント電極１６，１７と、第一の励振電極１３および第二の励振電極１４とマウント電極１６，１７とを電気的接続する引き出し電極１９，２０と、を有している。

励振電極１５および引き出し電極１９，２０は、後述するマウント電極１６，１７の下地層と同じ材料のクロムにより単層膜で形成されている。これにより、マウント電極１６，１７の下地層を成膜するのと同時に、励振電極１５および引き出し電極１９，２０を成膜することができる。ただし、この場合に限られず、例えば、ニッケルやアルミニウム、チタン等により励振電極１５および引き出し電極１９，２０を成膜しても構わない。

励振電極１５は、一対の振動腕部１０，１１を互いに接近又は離間する方向に所定の共振周波数で振動させる電極である。励振電極１５を構成する第一の励振電極１３および第二の励振電極１４は、一対の振動腕部１０，１１の外表面に、それぞれ電気的に切り離された状態でパターニングされて形成されている（図２参照）。また、第一の励振電極１３および第二の励振電極１４は、基部１２の両主面上において、それぞれ引き出し電極１９，２０を介して、後述するマウント電極１６，１７に電気的に接続されている。

マウント電極１６，１７は、クロムと金との積層膜であり、水晶と密着性の良いクロム膜を下地層として成膜した後に、表面に金の薄膜を仕上げ層として成膜することにより形成される。ただし、この場合に限られず、例えば、クロムとニクロムを下地層として成膜した後に、表面にさらに金の薄膜を仕上げ層として成膜しても構わない。

一対の振動腕部１０，１１の先端には、所定の周波数の範囲内で振動するように調整（周波数調整）を行うための重り金属膜２１が被膜されている。この重り金属膜２１は、周波数を粗く調整する際に使用される粗調膜２１ａと、微小に調整する際に使用される微調膜２１ｂとに分かれている。これら粗調膜２１ａおよび微調膜２１ｂを利用して周波数調整を行うことで、一対の振動腕部１０，１１の周波数をデバイスの公称周波数の範囲内に収めることができる。

（実施形態の効果）
本実施形態によれば、図３に示すように、溝部１８の底部１８ａに膨出部２３を形成することで、振動腕部１０，１１の溝部１８形成領域の厚さを確保し、断面積を大きくできる。これにより、振動腕部１０，１１に溝部１８を形成しつつ、従来技術よりも振動腕部１０，１１の剛性を高く確保できるので、ＣＩ値を低く抑えつつ振動腕部１０，１１の耐衝撃性を向上できる。さらに、膨出部２３は、振動腕部１０，１１の長手方向の先端側から基端側に向かって、溝部１８の開口１８ｂ側に膨出しているので、振動腕部１０，１１の溝部１８形成領域の基端側における断面積Ｓ２（図４参照）を大きく確保できる。したがって、特に、振動腕部１０，１１の基部１２との接続部分近傍において、外部衝撃に対する耐衝撃性を向上できる。

（実施形態の変形例）
次に、実施形態の変形例について説明する。
図５は、実施形態の変形例における溝部１８の先端側の断面図である。なお、図５の断面図は、図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面の位置に相当している。
図６は、実施形態の変形例における溝部１８の基端側の断面図である。なお、図６の断面図は、図１におけるＣ−Ｃ線に沿った断面の位置に相当している。また、図５および図６では、励振電極１３，１４の図示を省略している。また、変形例の振動腕部１０，１１の長手方向に沿った膨出部２３の断面形状は、実施形態における図３と同一となる。したがって、以下では図３、図５および図６を適宜用いて変形例の膨出部２３について説明する。

実施形態の圧電振動片４は、膨出部２３が、振動腕部１０，１１の長手方向の先端側から前記長手方向の基端側に向かって、溝部１８の開口１８ｂ側に漸次膨出するように形成されていた（図３参照）。
これに対して、実施形態の変形例の圧電振動片４は、図５に示すように、膨出部２３が、振動腕部１０，１１の幅方向における中央部において開口１８ｂ側に膨出するように形成されているとともに、振動腕部１０，１１の長手方向の先端側から前記長手方向の基端側に向かって、溝部１８の開口１８ｂ側に漸次膨出するように形成されている点で、実施形態とは異なっている。なお、実施形態と同様の構成部分については説明を省略する。

図５に示すように、実施形態の変形例の膨出部２３は、溝部１８内において、振動腕部１０，１１の幅方向における中央部が開口１８ｂ側に膨出するように形成されている。具体的には、溝部１８の膨出部２３は、振動腕部１０，１１の長手方向と直交する断面形状が、底部１８ａを底辺とし、溝部１８内の幅方向における中央部において開口１８ｂ側に突出する頂部２３ｂを頂点とする、略二等辺三角形状に形成されている。

図３に示すように、膨出部２３の頂部２３ｂの高さは、振動腕部１０，１１の長手方向の先端側（図３における右側）から前記長手方向の基端側（図３における左側）に向かって、溝部１８の開口１８ｂ側に漸次高くなるように形成されている。すなわち、変形例の膨出部２３は、実施形態と同様に、振動腕部１０，１１の長手方向の先端側から前記長手方向の基端側に向かって、溝部１８の開口１８ｂ側に漸次膨出するように形成されている。なお、膨出部２３の頂部２３ｂの高さは、要求されるＣＩ値および振動腕部１０，１１の剛性に基づいて決定されるが、溝部１８の深さよりも頂部２３ｂの高さを低く形成することが、圧電振動片４の生産技術上好ましい。

また、溝部１８の幅方向における中央部のみが、振動腕部１０，１１の長手方向の先端側から基端側に向かって溝部１８の開口１８ｂ側に膨出して形成されているので、溝部１８の幅方向側面１８ｃは、従来技術と同様に側面視で略矩形状に形成される。このように、本変形例では、振動腕部１０，１１の長手方向の全域にわたって、溝部１８の幅方向側面１８ｃの面積が広く確保されている。

図３に示すように、振動腕部１０，１１の長手方向の先端側から基端側に向かって、溝部１８の開口１８ｂ側に漸次膨出するように膨出部２３を形成することで、図６に示す溝部１８形成領域における基端側の振動腕部１０，１１の断面積Ｓ２は、図５に示す先端側の断面積Ｓ１よりも大きくなっている。具体的には、溝部１８形成領域における振動腕部１０，１１の断面積は、膨出部２３の膨出量（すなわち頂部２３ｂの高さ）に対応して、基端側の断面積Ｓ２が先端側の断面積Ｓ１よりも大きくなっている。

（変形例の効果）
本変形例によれば、実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、振動腕部１０，１１の溝部１８形成領域における剛性を向上させ、特に基部１２との接続部分近傍において、外部衝撃に対する耐衝撃性を向上できる。また、頂部２３ｂが振動腕部１０，１１の剛性も振動腕部１０，１１の先端側から基端側に向かって漸次高くなるので、圧電振動片４に外部衝撃が加わったときに振動腕部１０，１１の特定箇所に応力が集中するのが防止される。
さらに、本変形例においては、膨出部２３は、振動腕部１０，１１の幅方向における中央部が溝部１８の開口１８ｂ側に向かってリブ状に膨出しているので、振動腕部１０，１１の長手方向の全体にわたって、溝部１８形成領域の断面積を大きく確保できる。したがって、振動腕部１０，１１の基端側の剛性を高く確保できるとともに、長手方向の全体にわたって剛性を確保できるので、外部衝撃に対する耐衝撃性をさらに向上できる。また、溝部１８の幅方向における中央部のみが、振動腕部１０，１１の長手方向の先端側から基端側に向かって溝部１８の開口１８ｂ側に膨出することで、振動腕部１０，１１の長手方向の全域にわたって、溝部１８の幅方向側面１８ｃの面積を広く確保できる。したがって、圧電振動片４のＣＩ値をさらに低く抑えることができるので、駆動効率に優れた圧電振動片４を形成できる。

（圧電振動子）
次に、上述した製造方法により製造された圧電振動片４を備えたパッケージ９として、圧電振動子１について説明する。
図７は、圧電振動子１の外観斜視図である。
図８は、圧電振動子１の内部構成図であって、リッド基板３を取り外した状態の平面図である。
図９は、図８のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。
図１０は、図７に示す圧電振動子１の分解斜視図である。
なお、図１０においては、図面を見易くするために後述する励振電極１３，１４、引き出し電極１９，２０、マウント電極１６，１７および重り金属膜２１の図示を省略している。
図７に示すように、本実施形態の圧電振動子１は、ベース基板２およびリッド基板３が接合膜３５を介して陽極接合されたパッケージ９と、図９に示すように、パッケージ９のキャビティ３ａに収納された圧電振動片４とを備えた、いわゆる表面実装型の圧電振動子１である。

図９に示すように、ベース基板２およびリッド基板３は、ガラス材料、例えばソーダ石灰ガラスからなる陽極接合可能な基板であり、略板状に形成されている。リッド基板３におけるベース基板２との接合面側には、圧電振動片４を収容するキャビティ３ａが形成されている。

リッド基板３におけるベース基板２との接合面側の全体に、陽極接合用の接合膜３５（接合材）が形成されている。接合膜３５は、キャビティ３ａの内面全体に加えて、キャビティ３ａの周囲の額縁領域に形成されている。本実施形態の接合膜３５は、アルミニウムにより形成されているが、クロムやシリコン等で接合膜３５を形成することも可能である。この接合膜３５とベース基板２とが陽極接合され、キャビティ３ａが真空封止されている。

圧電振動子１は、ベース基板２を厚さ方向に貫通し、キャビティ３ａの内側と圧電振動子１の外側とを導通する貫通電極３２，３３を備えている。そして、貫通電極３２，３３は、ベース基板２を貫通する貫通孔３０，３１内に配置され、圧電振動片４と外部とを電気的に接続する金属ピン７と、貫通孔３０，３１と金属ピン７との間に充填される筒体６と、により形成されている。なお、以下には貫通電極３２を例にして説明するが、貫通電極３３についても同様である。また、貫通電極３３、引き回し電極３７および外部電極３９の電気的接続についても、貫通電極３２、引き回し電極３６および外部電極３９と同様となっている。

貫通孔３０は、ベース基板２の上面Ｕ側から下面Ｌ側にかけて、内形が次第に大きくなるように形成されており、貫通孔３０の中心軸Ｏを含む断面形状がテーパ状となるように形成されている。
金属ピン７は、銀やニッケル合金、アルミニウム等の金属材料により形成された導電性の棒状部材であり、鍛造やプレス加工により成型される。金属ピン７は、線膨張係数がベース基板２のガラス材料と近い金属、例えば、鉄を５８重量パーセント、ニッケルを４２重量パーセント含有する合金（４２アロイ）で形成することが望ましい。
筒体６は、ペースト状のガラスフリットが焼成されたものである。筒体６の中心には、金属ピン７が筒体６を貫通するように配されており、筒体６は、金属ピン７および貫通孔３０に対して強固に固着している。

図１０に示すように、ベース基板２の上面Ｕ側には、一対の引き回し電極３６，３７がパターニングされている。また、これら一対の引き回し電極３６，３７上にそれぞれ金等からなるバンプＢが形成されており、前記バンプＢを利用して圧電振動片４の一対のマウント電極が実装されている。これにより、圧電振動片４の一方のマウント電極１７（図８参照）が、一方の引き回し電極３６を介して一方の貫通電極３２に導通し、他方のマウント電極１６（図８参照）が、他方の引き回し電極３７を介して他方の貫通電極３３に導通するようになっている。

ベース基板２の下面Ｌには、一対の外部電極３８，３９が形成されている。一対の外部電極３８，３９は、ベース基板２の長手方向の両端部に形成され、一対の貫通電極３２，３３に対してそれぞれ電気的に接続されている。

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、ベース基板２に形成された外部電極３８，３９に対して、所定の駆動電圧を印加する。これにより、圧電振動片４の第一の励振電極１３および第二の励振電極１４に電圧を印加できるので、一対の振動腕部１０，１１を接近・離間させる方向に所定の周波数で振動させることができる。そして、この一対の振動腕部１０，１１の振動を利用して、時刻源や制御信号のタイミング源、リファレンス信号源等として利用できる。

（効果）
本発明によれば、ＣＩ値を低く抑えつつ、振動腕部１０，１１の剛性を確保して耐衝撃性を向上できる圧電振動片４を備えているので、駆動効率および耐衝撃性に優れた圧電振動子１を得ることができる。

（発振器）
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図１１を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器１１０は、図１１に示すように、圧電振動子１を、集積回路１１１に電気的に接続された発振子として構成したものである。この発振器１１０は、コンデンサ等の電子素子部品１１２が実装された基板１１３を備えている。基板１１３には、発振器用の前記集積回路１１１が実装されており、この集積回路１１１の近傍に、圧電振動子１の圧電振動片が実装されている。これら電子素子部品１１２、集積回路１１１および圧電振動子１は、図示しない配線パターンによってそれぞれ電気的に接続されている。なお、各構成部品は、図示しない樹脂によりモールドされている。

このように構成された発振器１１０において、圧電振動子１に電圧を印加すると、圧電振動子１内の圧電振動片が振動する。この振動は、圧電振動片が有する圧電特性により電気信号に変換されて、集積回路１１１に電気信号として入力される。入力された電気信号は、集積回路１１１によって各種処理がなされ、周波数信号として出力される。これにより、圧電振動子１が発振子として機能する。
また、集積回路１１１の構成を、例えば、ＲＴＣ（リアルタイムクロック）モジュール等を要求に応じて選択的に設定することで、時計用単機能発振器等の他、当該機器や外部機器の動作日や時刻を制御したり、時刻やカレンダー等を提供したりする機能を付加できる。

本実施形態の発振器１１０によれば、駆動効率および耐衝撃性に優れた圧電振動子１を備えているので、高効率で耐衝撃性に優れた高性能な発振器１１０を提供できる。

（電子機器）
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図１２を参照して説明する。なお電子機器として、前述した圧電振動子１を有する携帯情報機器１２０を例にして説明する。
始めに本実施形態の携帯情報機器１２０は、例えば、携帯電話に代表されるものであり、従来技術における腕時計を発展、改良したものである。外観は腕時計に類似し、文字盤に相当する部分に液晶ディスプレイを配し、この画面上に現在の時刻等を表示させることができるものである。また、通信機として利用する場合には、手首から外し、バンドの内側部分に内蔵されたスピーカおよびマイクロフォンによって、従来技術の携帯電話と同様の通信を行うことが可能である。しかしながら、従来の携帯電話と比較して、格段に小型化および軽量化されている。

次に、本実施形態の携帯情報機器１２０の構成について説明する。この携帯情報機器１２０は、図１２に示すように、圧電振動子１と、電力を供給するための電源部１２１とを備えている。電源部１２１は、例えば、リチウム二次電池からなっている。この電源部１２１には、各種制御を行う制御部１２２と、時刻等のカウントを行う計時部１２３と、外部との通信を行う通信部１２４と、各種情報を表示する表示部１２５と、それぞれの機能部の電圧を検出する電圧検出部１２６とが並列に接続されている。そして、電源部１２１によって、各機能部に電力が供給されるようになっている。

制御部１２２は、各機能部を制御して音声データの送信や受信、現在時刻の計測、表示等、システム全体の動作制御を行う。また、制御部１２２は、予めプログラムが書き込まれたＲＯＭと、該ＲＯＭに書き込まれたプログラムを読み出して実行するＣＰＵと、該ＣＰＵのワークエリアとして使用されるＲＡＭ等とを備えている。

計時部１２３は、発振回路やレジスタ回路、カウンタ回路、インターフェース回路等を内蔵する集積回路と、圧電振動子１とを備えている。圧電振動子１に電圧を印加すると圧電振動片が振動し、該振動が水晶の有する圧電特性により電気信号に変換されて、発振回路に電気信号として入力される。発振回路の出力は二値化され、レジスタ回路とカウンタ回路とにより計数される。そして、インターフェース回路を介して、制御部１２２と信号の送受信が行われ、表示部１２５に、現在時刻や現在日付或いはカレンダー情報等が表示される。

通信部１２４は、従来の携帯電話と同様の機能を有し、無線部１２７、音声処理部１２８、切替部１２９、増幅部１３０、音声入出力部１３１、電話番号入力部１３２、着信音発生部１３３および呼制御メモリ部１３４を備えている。
無線部１２７は、音声データ等の各種データを、アンテナ１３５を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部１２８は、無線部１２７又は増幅部１３０から入力された音声信号を符号化および複号化する。増幅部１３０は、音声処理部１２８又は音声入出力部１３１から入力された信号を、所定のレベルまで増幅する。音声入出力部１３１は、スピーカやマイクロフォン等からなり、着信音や受話音声を拡声したり、音声を集音したりする。

また、着信音発生部１３３は、基地局からの呼び出しに応じて着信音を生成する。切替部１２９は、着信時に限って、音声処理部１２８に接続されている増幅部１３０を着信音発生部１３３に切り替えることによって、着信音発生部１３３において生成された着信音が増幅部１３０を介して音声入出力部１３１に出力される。
なお、呼制御メモリ部１３４は、通信の発着呼制御に係るプログラムを格納する。また、電話番号入力部１３２は、例えば、０から９の番号キーおよびその他のキーを備えており、これら番号キー等を押下することにより、通話先の電話番号等が入力される。

電圧検出部１２６は、電源部１２１によって制御部１２２等の各機能部に対して加えられている電圧が、所定の値を下回った場合に、その電圧降下を検出して制御部１２２に通知する。このときの所定の電圧値は、通信部１２４を安定して動作させるために必要な最低限の電圧として予め設定されている値であり、例えば、３Ｖ程度となる。電圧検出部１２６から電圧降下の通知を受けた制御部１２２は、無線部１２７、音声処理部１２８、切替部１２９および着信音発生部１３３の動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部１２７の動作停止は、必須となる。更に、表示部１２５に、通信部１２４が電池残量の不足により使用不能になった旨が表示される。

すなわち、電圧検出部１２６と制御部１２２とによって、通信部１２４の動作を禁止し、その旨を表示部１２５に表示できる。この表示は、文字メッセージであっても良いが、より直感的な表示として、表示部１２５の表示面の上部に表示された電話アイコンに、×（バツ）印を付けるようにしても良い。
なお、通信部１２４の機能に係る部分の電源を、選択的に遮断できる電源遮断部１３６を備えることで、通信部１２４の機能をより確実に停止できる。

本実施形態の携帯情報機器１２０によれば、駆動効率および耐衝撃性に優れた圧電振動子１を備えているので、高効率で耐衝撃性に優れた高性能な携帯情報機器１２０を提供できる。

（電波時計）
次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図１３を参照して説明する。
本実施形態の電波時計１４０は、図１３に示すように、フィルタ部１４１に電気的に接続された圧電振動子１を備えたものであり、時計情報を含む標準の電波を受信して、正確な時刻に自動修正して表示する機能を備えた時計である。
日本国内には、福島県（４０ｋＨｚ）と佐賀県（６０ｋＨｚ）とに、標準の電波を送信する送信所（送信局）があり、それぞれ標準電波を送信している。４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚのような長波は、地表を伝播する性質と、電離層と地表とを反射しながら伝播する性質とを併せもつため、伝播範囲が広く、前述した２つの送信所で日本国内を全て網羅している。

以下、電波時計１４０の機能的構成について詳細に説明する。
アンテナ１４２は、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚの長波の標準電波を受信する。長波の標準電波は、タイムコードと呼ばれる時刻情報を、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚの搬送波にＡＭ変調をかけたものである。受信された長波の標準電波は、アンプ１４３によって増幅され、複数の圧電振動子１を有するフィルタ部１４１によって濾波、同調される。
本実施形態における圧電振動子１は、前記搬送周波数と同一の４０ｋＨｚおよび６０ｋＨｚの共振周波数を有する水晶振動子部１４８、１４９をそれぞれ備えている。

更に、濾波された所定周波数の信号は、検波、整流回路１４４により検波復調される。
続いて、波形整形回路１４５を介してタイムコードが取り出され、ＣＰＵ１４６でカウントされる。ＣＰＵ１４６では、現在の年や積算日、曜日、時刻等の情報を読み取る。読み取られた情報は、ＲＴＣ１４７に反映され、正確な時刻情報が表示される。
搬送波は、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚであるから、水晶振動子部１４８、１４９は、前述した音叉型の構造を持つ振動子が好適である。

なお、前述の説明は、日本国内の例で示したが、長波の標準電波の周波数は、海外では異なっている。例えば、ドイツでは７７．５ＫＨｚの標準電波が用いられている。従って、海外でも対応可能な電波時計１４０を携帯機器に組み込む場合には、さらに日本の場合とは異なる周波数の圧電振動子１を必要とする。

本実施形態の電波時計１４０によれば、駆動効率および耐衝撃性に優れた圧電振動子１を備えているので、高効率で耐衝撃性に優れた高性能な電波時計１４０を提供できる。

なお、この発明の技術範囲は上記実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

実施形態および実施形態の変形例では、表面実装型の圧電振動子１に本発明の圧電振動片４を採用しているが、これに限らず、例えばシリンダーパッケージタイプの圧電振動子に本発明の圧電振動片４を採用しても構わない。

実施形態および実施形態の変形例では、レーザエッチング加工やＦＩＢ加工等の加工方法により溝部１８を形成していたが、溝部１８の加工方法はこれらに限定されない。例えば、金属等によりマスクを形成した後、ドライエッチング等により溝部１８を形成することもできる。ただし、実施形態および実施形態の変形例のように、溝部１８内に傾斜した膨出部２３を形成する場合には、ＦＩＢ加工がより好適である。

実施形態および実施形態の変形例では、振動腕部１０，１１の長手方向の先端側から基端側に向かって、溝部１８の開口１８ｂ側に漸次膨出するように膨出部２３が形成されていた。これに対して、例えば、振動腕部１０，１１の長手方向の先端側から基端側に向かって、溝部１８の開口１８ｂ側に階段状に膨出するように膨出部２３が形成されていてもよい。ただし、漸次膨出するように膨出部２３を形成することで、振動腕部１０，１１に外部衝撃が加わったときの応力の集中を防止できる点で、本実施形態および実施形態の変形例に優位性がある。

実施形態の変形例では、溝部１８の膨出部２３は、振動腕部１０，１１の長手方向と直交する断面形状が略三角形状に形成されていたが、膨出部２３の断面形状は実施形態の変形例に限定されない。例えば、振動腕部１０，１１の長手方向と直交する断面形状が略台形状に形成されていてもよい。

実施形態および実施形態の変形例では、溝部１８内において、振動腕部１０，１１の長手方向の先端側の端部から基端側の端部にわたって膨出部２３が形成されていた。これに対して、例えば、溝部１８内において、振動腕部１０，１１の長手方向の中央部近傍に膨出部２３の始点となる端部を設け、先端側から基端側の端部にわたって膨出部２３が形成されていてもよい。この場合においても、振動腕部１０，１１の長手方向の基端側の断面積を大きく確保できるので、振動腕部１０，１１と基部１２との接続部近傍の剛性を高く確保できる。ただし、振動腕部１０，１１における溝部１８形成領域の全域にわたって剛性を確保できる点で、実施形態および実施形態の変形例に優位性がある。

実施形態および実施形態の変形例では、溝部１８を振動腕部１０，１１の両主面上に形成し、両方の溝部１８内に膨出部２３を形成していた。これに対して、例えば、振動腕部１０，１１の両主面上に形成された溝部１８のうち、一方の溝部１８内にのみ膨出部２３を形成してもよい。この場合においても、実施形態および実施形態の変形例と同様の効果が得られる。ただし、両方の溝部１８内に膨出部２３を形成することで、振動腕部１０，１１の厚さ方向における剛性をバランスよく確保できる点で、実施形態および実施形態の変形例に優位性がある。

１・・・圧電振動子 ４・・・圧電振動片 １０，１１・・・振動腕部 １２・・・基部 １８・・・溝部 １８ａ・・・底部 １８ｂ・・・開口 ２３・・・膨出部 １１０・・・発振器 １２０・・・携帯情報機器（電子機器） １４０・・・電波時計

Claims (7)

1. 並んで配置された一対の振動腕部と、
   前記振動腕部の両主面に形成され、前記振動腕部の長手方向に沿って延びる一対の溝部と、
   前記一対の振動腕部の前記長手方向の基端側が接続された基部と、
   を備えた圧電振動片であって、
   前記振動腕部の両主面に形成された前記一対の溝部のうち、少なくとも一方の前記溝部の底部には、前記長手方向の先端側から前記長手方向の基端側に向かって、前記溝部の開口側に膨出する膨出部が形成されていることを特徴とする圧電振動片。
2. 請求項１に記載の圧電振動片であって、
   前記膨出部は、前記長手方向の前記先端側から前記基端側に向かって、前記溝部の開口側に漸次膨出するように形成されていることを特徴とする圧電振動片。
3. 請求項１または２に記載の圧電振動片であって、
   前記膨出部は、前記振動腕部の幅方向における中央部が開口側に膨出するように形成されていることを特徴とする圧電振動片。
4. 請求項１に記載の圧電振動片を備えたことを特徴とする圧電振動子。
5. 請求項４に記載の圧電振動子が、発振子として集積回路に電気的に接続されていることを特徴とする発振器。
6. 請求項４に記載の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とする電子機器。
7. 請求項４に記載の圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続されていることを特徴とする電波時計。

Images