JP2004282230A - 圧電振動片、及びこれを利用した圧電デバイス、並びにこれを利用した携帯電話装置、電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】圧電振動片を小型化しても、周波数を低く抑えて、優れた振動特性を備える圧電振動片、及びこれを利用した圧電デバイス、並びにこれを利用した携帯電話装置、電子機器を提供すること。
【解決手段】固定される基部２０ａを有し、この基部から平行に延びる複数の振動腕２４，２６を有する圧電振動片であって、複数の振動腕２４，２６の先端部は、励振させる振動腕部の幅より広い幅を有する拡大部６１，６２を有し、拡大部は有底の孔６４，６４を有していて、この有底の孔には圧電材料より比重が大きい材料が充填されることにより錘７０，７０が設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図３
【解決手段】固定される基部２０ａを有し、この基部から平行に延びる複数の振動腕２４，２６を有する圧電振動片であって、複数の振動腕２４，２６の先端部は、励振させる振動腕部の幅より広い幅を有する拡大部６１，６２を有し、拡大部は有底の孔６４，６４を有していて、この有底の孔には圧電材料より比重が大きい材料が充填されることにより錘７０，７０が設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動片、及びこれを利用した圧電デバイス、並びにこれを利用した携帯電話装置、電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、パッケージ内に圧電振動片を収容した圧電デバイスが広く使用されている。
図１２は、この圧電デバイスに用いられる圧電振動片１の概略斜視図である。
【０００３】
この図において、圧電振動片１は、矩形の基部２と、この基部２から図において左方向に平行に延びる一対の振動腕３，４とを備えており、全体が音叉のような形状とされた、所謂音叉型圧電振動片となっている。
この圧電振動片１は、基部２のみが接着剤等を用いてケース或いはパッケージ５に接続され、片持ち式に固定されている。
【０００４】
また、圧電振動片１には、振動腕３，４を励振するための励振電極（図示せず）が設けられ、この励振電極（図示せず）に駆動電圧が印加されると、振動腕３，４の先端部３ａ，４ａが、互いに接近離間（図１２の矢印の方向）するように屈曲振動する。
そして、このような振動に基づく振動周波数を取り出すことにより、制御用のクロック信号等の各種信号に利用されるようになっている。
【０００５】
ところで、近年の電子機器の小型化に伴って、この電子機器に用いられる圧電デバイスについても、振動腕３，４の長さＬを短くした圧電振動片１が要求されている。ところが、圧電振動片１の周波数は、振動腕３，４の長さＬの２乗に反比例するため、振動腕３，４の長さＬを短くしてしまうと、周波数が高くなってしまう。そこで、図１２における圧電振動片１では、先端部３ａ，４ａの幅Ｗａを根元側の幅Ｗｂより大きくするようにして段付きの振動腕３，４としている。このようにして、先端部３ａ，４ａに質量を付加して、慣性モーメントによる負荷質量効果をもたらせて、振動腕３，４の長さＬを短くしても周波数が高くならないようにしている（例えば、非特許文献１参照）。
なお、振動腕の先端部を大きくした圧電振動片としては、特許文献１も見受けられるが、この特許文献１は、上述のように、振動腕の先端部３ａ，４ａが互いに接近離間する屈曲振動ではなく、振動腕が捩れ振動をする圧電振動片となっている。
【０００６】
【非特許文献１】永井健三、近野正著，「電子回路素子としての電気・機械振動子とその応用」，コロナ社出版，昭和４９年３月，ｐ．２１８−２２０
【特許文献１】特開平５−１２９８７５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように、振動腕３，４の先端部３ａ，４ａの幅Ｗａを大きくして、例えば３２ｋＨｚの周波数を維持しながら、圧電振動片１を小型化することには限界がある。すなわち、音叉型振動子の周波数は、振動腕の長さと振動腕の幅により決定され、振動腕の長さの二乗に反比例し、振動腕の幅に比例することが知られている。したがって、振動腕の長さを短くする（小型化）と、振動腕の幅をより狭くすることになるために、振動腕の幅の製造上の限界から、振動腕の長さの限界が決定されてしまうためである。さらに、例えば、振動腕が捩れ振動をする圧電振動片ならばともかく、上述のように屈曲振動をする圧電振動片１については、低周波数を得るために振動腕３，４の先端部３ａ，４ａを大きくし過ぎると、振動腕３と振動腕４とが接触してしまうことになる。一方、振動腕３と振動腕４との接触を避けるために、振動腕３と振動腕４との間隔Ｗｃを大きくすると、圧電デバイスの小型化の要請に応えることができなくなってしまう。
このように、従来の圧電デバイスにおいて、小型化と低周波数の維持の両立が難しいのは、先端部３ａ，４ａを形成する圧電材料の比重が小さいためである。
【０００８】
そこで、振動腕３，４の先端部３ａ，４ａに、圧電材料より比重の大きい金属の膜を被覆して、先端部３ａ，４ａの重量を大きくする手法も考えられる。
ところが、振動腕３，４の長さＬを通常より短くした圧電振動片１から、例えば３２ｋＨｚの低い周波数を取り出すためには、先端部３ａ，４ａを十分に重くしなければならい。そのためには、先端部３ａ，４ａに、複数層にわたって金属膜を被覆しなければならず、多くの製造時間が必要となってしまう。
さらに、圧電材料と金属とは、一般的に接合力が弱いため、振動腕３，４が屈曲運動をしている際に、金属が先端部３ａ，４ａから外れてしまう恐れもある。
【０００９】
本発明の目的は、上述の課題を解決するためのものであり、圧電振動片を小型化しても、周波数を低く抑えて、優れた振動特性を備える圧電振動片、及びこれを利用した圧電デバイス、並びにこの圧電デバイスを利用した携帯電話装置、電子機器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、第１の発明によれば、固定される基部を有し、この基部から平行に延びる複数の振動腕を有する圧電振動片であって、前記複数の振動腕の先端部は、励振させる振動腕部の幅より広い幅を有する拡大部を有し、前記拡大部は有底の孔を有していて、この有底の孔には圧電材料より比重が大きい材料が充填されることにより錘が設けられている、圧電振動片により達成される。
【００１１】
第１の発明の構成によれば、複数の振動腕の先端部は、励振させる振動腕部の幅より広い幅を有する拡大部を有し、この拡大部に圧電材料より比重が大きい錘が設けられている。これにより、拡大部のみにより振動腕の先端部を重くした従来と比べて先端部を重くすることができるため、より短い振動腕を得ると共に、低い周波数を得ることができる。
また、錘は、拡大部の有底の孔に圧電材料より比重が大きい材料が充填されることにより設けられている。これにより、錘と拡大部との接合面積が大きくなり、錘が拡大部から外れてしまうことを有効に防止できる。
したがって、本発明の効果として、圧電振動片を小型化しても、周波数を低く抑えて、優れた振動特性を備える圧電振動片を得ることができる。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明の構成において、前記有底の孔は、前記圧電振動片の上下面、若しくはいずれか一方の面に設けられていることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、有底の孔は、圧電振動片の上下面、若しくはいずれか一方の面に設けられている。このため、複数の振動腕が、互いに接近離間するようにして屈曲振動をしても、有底の孔に充填された錘の動きは、有底の孔の内壁によって規制される。これにより、錘が屈曲振動により動いて、拡大部から外れてしまうことを有効に防止できる。
【００１３】
第３の発明は、第１または第２の発明のいずれかの構成において、前記錘は、前記圧電材料より比重が大きい材料を前記孔に充填するようにして形成され、前記孔の内壁が曲面で形成されていることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、錘は、圧電材料より比重が大きい材料を孔に充填するようにして形成されているため、孔の内壁に角部があると、錘の材料が角部に充填しづらく、錘と孔の内壁とに隙間が生じる恐れがある。ところが、孔の内壁は曲面で形成されているため、錘の材料は内壁との間に隙間をつくることなく、内壁の全周に付着する。これにより、錘と孔の内壁との接触面積が大きくなり、錘が拡大部から外れてしまうことを有効に防止できる。
【００１４】
第４の発明は、第１ないし第３の発明のいずれかの構成において、前記孔の内面に、前記拡大部と前記圧電材料より比重が大きい材料との接合強度を高めるための接続膜が形成されていることを特徴とする。
これにより、接続膜を介して、錘と拡大部との接合力を高めて、錘が拡大部から外れてしまうことを防止できる。
【００１５】
第５の発明は、第４の発明の構成において、前記複数の振動腕には、前記圧電振動片を励振させる励振電極が設けられており、この励振電極と前記接続膜とが同じ材料から形成されていることを特徴とする。
このため、励振電極を形成する工程と同時に接続膜を形成できるので、別途、接続膜を形成する工程を設けなくても済み、製造コストを低廉化できる。
【００１６】
第６の発明は、第１ないし第５の発明のいずれかの構成において、前記有底の孔は、前記圧電振動片の上面および下面に設けられ、この上面および下面に設けられた孔の底部に、前記上面の孔と下面の孔とをつなぐ貫通孔を有し、この貫通孔を通じて、前記上面の孔および下面の孔に設けられた錘が一体となるように形成されていることを特徴とする。
第６の発明の構成によれば、拡大部は、有底の孔を上面および下面に有し、この上下面の孔に錘が設けられている。これにより、例えば上面の孔にのみ錘を設けた圧電振動片に比べて振動腕の先端部が重くなるため、より短い振動腕を得ると共に、低い周波数を得ることができる。また、振動腕の上下の重量のバランスを取ることができるため、振動腕の水平方向（互いに接近離間する方向）の振動を阻害してしまうことを有効に防止できる。
しかし、このように上下面に設けた有底の孔に錘を設けると、特に、下面に設けられた錘が、その自重や振動腕の屈曲振動等により、拡大部から外れ易くなってしまう。
ところが、上面および下面に設けられた孔の底部に、上面の孔と下面の孔とをつなぐ貫通孔を有し、この貫通孔を通じて、上面の孔および下面の孔に設けられた錘が一体となるように形成されている。このため、例えば下面に充填された錘が、拡大部から抜け落ちようとしても、上面に充填された錘が上面の孔の底部にあたって、その抜け落ちを防止することができる。
【００１７】
第７の発明によれば、第６の発明の構成において、前記貫通孔は、前記孔の底部に十字状に形成されている。このため、上面および下面に設けられた錘が水平方向に移動してしまうことを防止できる。
【００１８】
また、上記目的は、第８の発明によれば、パッケージと、このパッケージに固定される基部を有し、この基部から平行に延びる複数の振動腕を有する圧電振動片とを備える圧電デバイスであって、前記複数の振動腕の先端部は、励振させる振動腕部の幅より広い幅を有する拡大部を有し、前記拡大部は有底の孔を有していて、この有底の孔には圧電材料より比重が大きい材料が充填されることにより錘が設けられている、圧電デバイスにより達成される。
【００１９】
また、上記目的は、第９の発明によれば、パッケージと、このパッケージに固定される基部を有し、この基部から平行に延びる複数の振動腕を有する圧電振動片とを備える圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、前記複数の振動腕の先端部は、励振させる振動腕部の幅より広い幅を有する拡大部を有し、前記拡大部は有底の孔を有していて、この有底の孔には圧電材料より比重が大きい材料が充填されることにより錘が設けられている圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした、携帯電話装置により達成される。
【００２０】
また、上記目的は、第１０の発明によれば、パッケージと、このパッケージに固定される基部を有し、この基部から平行に延びる複数の振動腕を有する圧電振動片とを備える圧電デバイスを利用した電子機器であって、前記複数の振動腕の先端部は、励振させる振動腕部の幅より広い幅を有する拡大部を有し、前記拡大部は有底の孔を有していて、この有底の孔には圧電材料より比重が大きい材料が充填されることにより錘が設けられている圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした、電子機器により達成される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、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。
【００２２】
図１および図２は、本発明の圧電デバイスの実施の形態を示しており、図１はその概略平面図、図２は、図１のＡ−Ａ線概略断面図である。
図において、圧電デバイス１０は、圧電振動子を構成した例を示しており、この圧電デバイス１０は、パッケージ３０内に圧電振動片２０を収容している。
パッケージ３０は、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成型して形成される複数の基板を積層した後、焼結して形成されている。すなわち、図２に示されるように、この実施形態では、パッケージ３０は、下から第１の基板３１、第２の基板３２を重ねて形成されている。
この第２の基板３２は、その内側に所定の孔３２ａを形成することで、第１の基板３１に積層した場合に、パッケージ３０の内側に所定の内部空間Ｓ１を形成するようにされている。この内部空間Ｓ１が圧電振動片２０を収容するための収容空間である。
【００２３】
パッケージ３０の内部空間Ｓ１内の図において左端部付近において、内部空間Ｓ１に露出して内側底部を構成する第１の基板３１には、例えば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキで形成した電極部４０，４０が設けられている。この電極部４０，４０は、外部と接続されて、駆動電圧を供給するものである。この各電極部４０，４０の上に導電性接着剤４２，４２が塗布され、この導電性接着剤４２，４２の上に圧電振動片２０の基部２０ａが載置されて、導電性接着剤４２，４２が硬化することにより、圧電振動片２０が固定されるようになっている。なお、導電性接着剤４２，４２としては、接合力を発揮する接着成分としての合成樹脂剤に、銀製の細粒等の導電性の粒子を含有させたものが使用でき、エポキシ系、ポリイミド系またはシリコーン系導電性接着剤等を利用することができる。
【００２４】
また、パッケージ３０の開放された上端にある開放端面３２ｂは、例えば、低融点ガラス等のロウ材４３を介して、蓋体３４が接合されることにより、封止されている。
【００２５】
圧電振動片２０は、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。本実施形態において、圧電振動片２０は、水晶の単結晶から切り出された基板を加工することにより形成されている。この際、図１に示すＸ軸が電気軸、Ｙ軸が機械軸、Ｚ軸が光軸となるように水晶の単結晶から切り出され、そして、この切り出された水晶材料でなる基板を、エッチングすることにより図１に示される形状が形成されている。すなわち、圧電振動片２０は、小型に形成して必要な性能を得るために、パッケージ３０に固定される基部２０ａと、この基部２０ａを基端として、図において右方に向けて、二股に別れて平行に延びる１対の振動腕２４，２６とを備えるように形成され、全体が音叉のような形状とされた、所謂音叉型水晶振動片で構成されている。
【００２６】
圧電振動片２０の基部２０ａは、その端部の幅方向両端付近に、引き出し電極３６，３７が形成されている。各引き出し電極３６，３７は、図２に示されるように、圧電振動片２０の基部２０ａの下面にも同様に形成されている。これら各引き出し電極３６，３７は、上述したように図１に示されるパッケージ３０側の電極部４０，４０と導電性接着剤４２，４２により接続される部分である。
【００２７】
また、基部２０ａは、図１に示されるように、各振動腕２４，２６の基端部近傍に、基部２０ａの幅を縮幅するようにして設けられたくびれ部、若しくは切り欠き部２８，２８を備えている。これにより、各振動腕２４，２６からの振動の基部２０ａへの漏れ込みを抑制し、クリスタルインピーダンス値（以下、「ＣＩ値」と云う。）を低く抑えることができる。したがって、このような圧電振動片２０のＣＩ値を、従来の圧電振動片と同様のＣＩ値となるように形成して、振動腕２４，２６の長さＬ２を短くすることができる。
【００２８】
図３は、圧電振動片２０のみを拡大した拡大斜視図であり、図４は、図３のＢ−Ｂ線切断端面図である。これらの図に示されているように、圧電振動片２０の各振動腕２４，２６には、長さ方向に延びる長溝２１，２２が形成されている。各長溝２１，２２は、各振動腕２４，２６の上下両面に形成されている。この長溝２１，２２には、振動腕２４，２６を励振させる励振電極５４，５５が設けられ、また、長溝２１，２２の内壁と対向する各振動腕２４，２６の両側面にも、励振電極５６，５７が設けられている。そして、各励振電極５４，５５，５６，５７は、圧電振動片２０の表面を引き回されて、引き出し電極３６，３７のいずれか一方と接続され、一方の振動腕、例えば、振動腕２４に関しては、長溝２１内の励振電極５４と、側面部の励振電極５６とが互いに異極となるようにされている。このようにして、励振電極５４，５５，５６，５７に電圧を印加すると、図４に示すように、Ｅ方向に沿って電界を効率よく発生させることができ、圧電振動片２０のＣＩ値を低く抑えることができる。したがって、このような圧電振動片２０のＣＩ値を、従来の圧電振動片と同様のＣＩ値となるように形成して、振動腕２４，２６の長さＬ２を短くすることができる。
【００２９】
ここで、図３に示されるように、各振動腕２４，２６の先端部は、励振させる振動腕部の幅Ｗ１より、広い幅Ｗ２を有する拡大部６１，６２を有している。本実施形態の場合、拡大部６１，６２は矩形状に形成され、振動腕２４，２６が屈曲振動した場合に（図３における矢印の方向）、拡大部６１と拡大部６２とが接触してしまわないように、所定の間隔Ｗ３を有している。これにより、各振動腕２４，２６の先端部は、励振させる振動腕部よりも重くなるため、慣性モーメントによる負荷質量効果をもたらせて、低周波数化が可能となる。
なお、拡大部６１と拡大部６２とは略同様の構成をしており、説明の煩雑さを避けるため、以下、拡大部６１についてだけ説明する。
【００３０】
拡大部６１は、周縁に枠を残すようにして、圧電振動片２０の上面に、有底の孔６４を有している。本実施形態においては、図１のＣ−Ｃ線切断端面図である図５に示されるように、拡大部６１は、下面にも、上面側の有底の孔６４と略同様の形状をした有底の孔６６を有している。これら上下面の有底の孔６４，６６は、後述する錘を充填するための孔であり、例えばハーフエッチングすることにより形成されている。
【００３１】
そして、この拡大部６１の上下面に形成された有底の孔６４，６６には、圧電材料より比重が大きい材料が充填されることにより錘７０，７０が設けられている。この錘７０，７０は、拡大部６１の外形を従来より大きくすることなく、拡大部６１を重くするための錘である。すなわち、錘７０，７０は、有底の孔６４，６６が設けられていない場合の拡大部より拡大部６１が重くなるように所定の量を有しており、かつ、この所定の量を各有底の孔６４，６６に充填した場合であっても、拡大部６１の開口端面よりも外側に突出しないように形成されている。
【００３２】
具体的には、本実施形態の場合、錘７０，７０は、各有底の孔６４，６６に、水晶材料より比重の大きい金属から形成されたボールを配置し、この金属のボールにレーザ光を照射する等して溶融することにより形成されている。
この際、錘７０，７０は、溶融して各有底の孔６４，６６に付着した場合に、圧電振動片２０の上面側の重量と、下面側の重量とが同じになるように形成されている。
【００３３】
また、錘７０，７０は、圧電振動片２０に錘７０，７０を配設した後に、その後の製造工程においてパッケージ３０内を加熱しても、拡大部６１から溶け落ちることがない金属から形成されている。本実施形態においては、拡大部６１に錘７０，７０を配設した後、上述したように、導電性接着剤４２を溶融して圧電振動片２０を固定し、次いでロウ材４３を溶融して蓋封止するため、導電性接着剤４２の硬化温度およびロウ材４３の融点より高い融点を有する、例えば、Ａｕ／Ｓｎ合金、Ａｕ／Ｇｅ合金、銀ロウ等が選択されている。
【００３４】
本発明の第１の実施形態は以上のように構成され、振動腕２４の先端部を錘により重くすることで、低周波数を維持しつつ、拡大部６１を従来より大きくすることなく、振動腕２４の長さＬ２を短くした圧電デバイス１０を得ることができる。しかも、この振動腕２４の先端部を重くするための錘７０，７０は、有底の孔６４，６６に金属を充填して形成されているので、拡大部６１との接合面積を大きくして、錘７０，７０が拡大部６１から外れてしまうことを有効に防止できる。
【００３５】
また、錘７０，７０は、圧電振動片２０の上下面に設けられた有底の孔６４，６６に、金属を充填して形成されている。このため、振動腕２４，２６が、互いに接近離間するようにして屈曲振動をし、この屈曲振動に追従して錘７０，７０が動こうとしても、錘７０，７０の動きは、有底の孔６４，６６の内壁６４ａ，６６ａ（図５参照）によって制止される。したがって、錘７０，７０が屈曲振動により動いて、拡大部６１から外れてしまうことを有効に防止できる。
【００３６】
さらに、圧電振動片２０の上面側と下面側の重量とが、同じになるように錘７０，７０が設けられているので、拡大部６１の上下面の重量バランスをとることができる。これにより、振動腕２４の上面と下面との重量のバランスが崩れたことにより生じる振動のアンバランスを防止し、圧電振動片２０の振動特性に悪影響を与えることを防止できる。
【００３７】
なお、上述のように、拡大部６２は拡大部６１と同様の構成をしているため、拡大部６１と同様に、有低の孔６４，６６および錘７０，７０を設けたことによる作用効果を発揮する。
【００３８】
図６は、本発明の第１の実施形態にかかる変形例であって、振動腕２４の拡大部６１から錘７０を取り外した場合の概略斜視図である。なお、振動腕２６およびこの振動腕２６に形成された拡大部６２については、振動腕２４側と同様であるため、説明を省略する。
この図において、図１ないし図５の圧電デバイス１０と同一の構成には、共通する符号を付して重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【００３９】
この振動腕２４の拡大部６１が、第１の実施形態と異なるのは、有底の孔の形状が異なっている点のみである。
すなわち、図６に示される拡大部６１については、有底の孔７２の形状を長円にすることにより、有底の孔７２の内壁７２ａが曲面になるように形成されている。なお、本第１の変形例においては、内壁７２ａが曲面に形成できれば、有底の孔７２の形状は、長円に限られず例えば正円でもよく、或いは、図７に示されるように、例えば長円からなる複数の有底の孔７２，７２，７２，７２を形成するようにしてもよい。
そして、この図６に示される有底の孔７２、或いは図７に示される複数の有底の孔７２，７２，７２，７２に、第１の実施形態と同様に、水晶材料より比重の大きい金属から形成されたボールを配置し、この金属のボールを溶融することで錘７０（図示せず）が形成されている。
【００４０】
本第１の実施形態の変形例は以上のように構成され、このため、錘７０を形成する際に溶融した金属が、孔７２の内面に濡れ拡がると、孔７２の内壁７２ａは曲面で形成されているため、溶融した金属は、内壁７２ａとの間に隙間をつくることなく、内壁７２ａの全周に付着する。これにより、錘７０と孔７２の内壁７２ａとの接触面積が大きくなり、錘７０が拡大部６１から外れてしまうことを有効に防止できる。
【００４１】
図８は、本発明の第２の実施形態にかかる圧電デバイス１２について、拡大部の概略縦断面図であり、第１の実施形態にかかる図５に対応した図である。
この図において、図１ないし図７の圧電デバイス１０と同一の構成には、共通する符号を付して重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
なお、拡大部６１と拡大部６２とは略同様の構成をしているため、以下、拡大部６１についてだけ説明する。
【００４２】
この圧電デバイス１２が、第１の実施形態と異なるのは、有底の孔６４，６６と錘７０，７０との間に接続膜７４，７４を設けた点のみである。
すなわち、本発明の第１の実施形態では、上述のように、有底の孔６４，６６は、水晶材料をハーフエッチングすることにより形成されるため、水晶の異方性により、有底の孔６４，６６の内壁、特に図８に示される左側の内壁６４ａ，６６ａが中心に向かって除々に孔の深さを増すような傾斜を備えている。このため、有底の孔６４，６６の形状は、錘７０，７０が拡大部６１から外れやすい形状となっているので、拡大部６１と錘７０，７０との接合力を高める接続膜７４，７４が、有底の孔６４，６６の内面に設けられている。
【００４３】
本第２の実施形態において接続膜７４，７４は、上述のように錘７０，７０がＡｕ／Ｓｎ合金等から形成されているため、例えば、有底の孔６４，６６の内面にＣｒを被膜し、その上にＡｕを被膜するようにして形成されている。
また、このように、接続膜７４，７４の材料としてＣｒ／Ａｕを選択することにより、振動腕２４，２６の表面に設けられた励振電極５４，５５，５６，５７（図３参照）と同じ材料になるようにされている。
【００４４】
本発明の第２の実施形態は以上のように構成され、このため、接続膜７４，７４を介して、錘７０，７０と拡大部６１との接合力を高め、錘７０，７０が拡大部６１から外れてしまうことを防止できる。なお、上述のように、拡大部６２は拡大部６１と同様の構成をしているため、拡大部６１と同様に、接続膜７４，７４を設けたことによる作用効果を発揮する。
また、接続膜７４，７４と励振電極５４，５５，５６，５７（図３参照）とが同じ金属から形成されているため、励振電極５４，５５，５６，５７を形成する工程と同時に接続膜７４，７４を形成できるので、別途、接続膜７４，７４を形成する工程を設けなくても済み、製造コストを低廉化できる。
【００４５】
図９は、本発明の第３の実施形態にかかる圧電デバイス１４について、拡大部の概略縦断面図であり、第１の実施形態にかかる図５、及び第２の実施形態にかかる図８に対応した図である。
この図において、図１ないし図８の圧電デバイス１０，１２と同一の構成には、共通する符号を付して重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
なお、拡大部６１と拡大部６２とは略同様の構成をしているため、以下、拡大部６１についてだけ説明する。
【００４６】
この圧電デバイス１４が、他の実施形態と異なるのは、有底の孔の形状と、この有底の孔に配設した錘の形状のみである。
すなわち、拡大部６１に設けられた有底の孔６４，６６は、その底部６４ｂ，６６ｂに、上面の孔６４と下面の孔６６とをつなぐ貫通孔７６を有している。図９において、貫通孔７６は、有底の孔６４，６６の底部６４ｂ，６６ｂの一部に設けられているが、これに限られず複数部に設けられていてもよい。また、貫通孔７６は、貫通孔の変形例を説明するための拡大部の平面図である図１０に示されるように、平面視した場合に十字状に形成されていてもよい。
また、第１の実施形態において説明したように、錘７０，７０は、有底の孔６４，６６に金属ボールを配置し、これを溶融して形成されるため、金属ボールが貫通孔７６を通り抜けてしまわないように、貫通孔７６の内周は金属ボールの外周よりも小さく形成されている。
【００４７】
そして、この貫通孔７６内にも、水晶材料より比重の大きい金属が充填されるようにして錘７０が設けられており、貫通孔７６を通じて、上面の孔６４に設けられた錘７０と、下面の孔６６に設けられた錘７０とが一体となるように形成されている。
【００４８】
本発明の第３の実施形態は以上のように構成され、このため、例えば下面の有底の孔６６に充填された錘７０が、拡大部６１から抜け落ちようとしても、上面の有底の孔６４に充填された錘７０が、上面の孔の底部６４ｂにあたる。したがって、図８に示される接続膜７４を設けなくても、錘７０が拡大部６１から抜け落ちたりすることを防止できる。すなわち、錘７０，７０の図９における縦方向の移動を防止することができる。
また、図１０に示すように、貫通孔７６が孔の底部６４ｂ，６６ｂに十字状に形成されている場合には、錘７０，７０が図９における水平方向に移動しようとしても、貫通孔７６内に充填されている錘７０が貫通孔７６の内壁にあたって、その水平方向の移動を防止できる。
なお、上述のように、拡大部６２は拡大部６１と同様の構成をしているため、拡大部６１と同様に、貫通孔７６を設けたことによる作用効果を発揮する。
【００４９】
図１１は、本発明の上述した実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置３００の概略構成を示す図である。
図において、マイクロフォン３０８により電気信号に変換された送信者の音声は、デモジュレータ，コーデック部でデジタル変調され、送信部３０７においてＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯に周波数変換後、アンテナを通して基地局（図示せず）に送信される。また、基地局からのＲＦ信号は受信部３０６において周波数変換後、デモジュレータ，コーデック部において音声信号に変換され、スピーカー３０９から出力される。また、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３０１は液晶表示装置及びキーボードからなる入出力部３０２をはじめ、デジタル式携帯電話装置３００の全体の動作を制御している。メモリ３０３はＣＰＵ３０１により制御される、ＲＡＭ，ＲＯＭからなる情報記憶手段であり、これらの中にはデジタル式携帯電話装置３００の制御プログラムや電話帳などの情報が格納されている。
このように、デジタル式携帯電話装置３００のような電子機器に、上述した実施形態に係る圧電デバイス１０，１２，１４を搭載することにより、圧電デバイス１０，１２，１４の低周波数を利用したとしても、小型化され、かつ、品質のよいデジタル式携帯電話装置３００を実現することができる
【００５０】
本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜相互に組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
この発明の圧電デバイスは、パッケージ内に圧電振動片と、これに接続される電子部品を含むものであれば、圧電発信器、圧電振動子、フィルタ等その名称を問わずに適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の圧電デバイスに係る概略平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線概略断面図。
【図３】本発明の第１の実施形態の圧電振動片を拡大した拡大斜視図。
【図４】図３のＢ−Ｂ線切断端面図。
【図５】図１のＣ−Ｃ線切断端面図。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る変形例であって、振動腕の拡大部から錘を取り外した場合の概略斜視図。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る変形例であって、振動腕の拡大部から錘を取り外した場合の概略斜視図。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る圧電デバイスについて、拡大部の概略縦断面図。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る圧電デバイスについて、拡大部の概略縦断面図。
【図１０】貫通孔の変形例を説明するための拡大部の平面図。
【図１１】圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図。
【図１２】圧電デバイスに用いられる圧電振動片の概略斜視図。
【符号の説明】
１０，１２，１４・・・圧電デバイス、２０・・・圧電振動片、２１，２２・・・長溝、２４，２６・・・振動腕、２８・・・切り欠き部、３０・・・パッケージ、５４，５５，５６，５７・・・励振電極、６１，６２・・・拡大部、６４，６６，７２・・・有底の孔、７０・・・錘、７４・・・接続膜、７６・・・貫通孔
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動片、及びこれを利用した圧電デバイス、並びにこれを利用した携帯電話装置、電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、パッケージ内に圧電振動片を収容した圧電デバイスが広く使用されている。
図１２は、この圧電デバイスに用いられる圧電振動片１の概略斜視図である。
【０００３】
この図において、圧電振動片１は、矩形の基部２と、この基部２から図において左方向に平行に延びる一対の振動腕３，４とを備えており、全体が音叉のような形状とされた、所謂音叉型圧電振動片となっている。
この圧電振動片１は、基部２のみが接着剤等を用いてケース或いはパッケージ５に接続され、片持ち式に固定されている。
【０００４】
また、圧電振動片１には、振動腕３，４を励振するための励振電極（図示せず）が設けられ、この励振電極（図示せず）に駆動電圧が印加されると、振動腕３，４の先端部３ａ，４ａが、互いに接近離間（図１２の矢印の方向）するように屈曲振動する。
そして、このような振動に基づく振動周波数を取り出すことにより、制御用のクロック信号等の各種信号に利用されるようになっている。
【０００５】
ところで、近年の電子機器の小型化に伴って、この電子機器に用いられる圧電デバイスについても、振動腕３，４の長さＬを短くした圧電振動片１が要求されている。ところが、圧電振動片１の周波数は、振動腕３，４の長さＬの２乗に反比例するため、振動腕３，４の長さＬを短くしてしまうと、周波数が高くなってしまう。そこで、図１２における圧電振動片１では、先端部３ａ，４ａの幅Ｗａを根元側の幅Ｗｂより大きくするようにして段付きの振動腕３，４としている。このようにして、先端部３ａ，４ａに質量を付加して、慣性モーメントによる負荷質量効果をもたらせて、振動腕３，４の長さＬを短くしても周波数が高くならないようにしている（例えば、非特許文献１参照）。
なお、振動腕の先端部を大きくした圧電振動片としては、特許文献１も見受けられるが、この特許文献１は、上述のように、振動腕の先端部３ａ，４ａが互いに接近離間する屈曲振動ではなく、振動腕が捩れ振動をする圧電振動片となっている。
【０００６】
【非特許文献１】永井健三、近野正著，「電子回路素子としての電気・機械振動子とその応用」，コロナ社出版，昭和４９年３月，ｐ．２１８−２２０
【特許文献１】特開平５−１２９８７５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように、振動腕３，４の先端部３ａ，４ａの幅Ｗａを大きくして、例えば３２ｋＨｚの周波数を維持しながら、圧電振動片１を小型化することには限界がある。すなわち、音叉型振動子の周波数は、振動腕の長さと振動腕の幅により決定され、振動腕の長さの二乗に反比例し、振動腕の幅に比例することが知られている。したがって、振動腕の長さを短くする（小型化）と、振動腕の幅をより狭くすることになるために、振動腕の幅の製造上の限界から、振動腕の長さの限界が決定されてしまうためである。さらに、例えば、振動腕が捩れ振動をする圧電振動片ならばともかく、上述のように屈曲振動をする圧電振動片１については、低周波数を得るために振動腕３，４の先端部３ａ，４ａを大きくし過ぎると、振動腕３と振動腕４とが接触してしまうことになる。一方、振動腕３と振動腕４との接触を避けるために、振動腕３と振動腕４との間隔Ｗｃを大きくすると、圧電デバイスの小型化の要請に応えることができなくなってしまう。
このように、従来の圧電デバイスにおいて、小型化と低周波数の維持の両立が難しいのは、先端部３ａ，４ａを形成する圧電材料の比重が小さいためである。
【０００８】
そこで、振動腕３，４の先端部３ａ，４ａに、圧電材料より比重の大きい金属の膜を被覆して、先端部３ａ，４ａの重量を大きくする手法も考えられる。
ところが、振動腕３，４の長さＬを通常より短くした圧電振動片１から、例えば３２ｋＨｚの低い周波数を取り出すためには、先端部３ａ，４ａを十分に重くしなければならい。そのためには、先端部３ａ，４ａに、複数層にわたって金属膜を被覆しなければならず、多くの製造時間が必要となってしまう。
さらに、圧電材料と金属とは、一般的に接合力が弱いため、振動腕３，４が屈曲運動をしている際に、金属が先端部３ａ，４ａから外れてしまう恐れもある。
【０００９】
本発明の目的は、上述の課題を解決するためのものであり、圧電振動片を小型化しても、周波数を低く抑えて、優れた振動特性を備える圧電振動片、及びこれを利用した圧電デバイス、並びにこの圧電デバイスを利用した携帯電話装置、電子機器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、第１の発明によれば、固定される基部を有し、この基部から平行に延びる複数の振動腕を有する圧電振動片であって、前記複数の振動腕の先端部は、励振させる振動腕部の幅より広い幅を有する拡大部を有し、前記拡大部は有底の孔を有していて、この有底の孔には圧電材料より比重が大きい材料が充填されることにより錘が設けられている、圧電振動片により達成される。
【００１１】
第１の発明の構成によれば、複数の振動腕の先端部は、励振させる振動腕部の幅より広い幅を有する拡大部を有し、この拡大部に圧電材料より比重が大きい錘が設けられている。これにより、拡大部のみにより振動腕の先端部を重くした従来と比べて先端部を重くすることができるため、より短い振動腕を得ると共に、低い周波数を得ることができる。
また、錘は、拡大部の有底の孔に圧電材料より比重が大きい材料が充填されることにより設けられている。これにより、錘と拡大部との接合面積が大きくなり、錘が拡大部から外れてしまうことを有効に防止できる。
したがって、本発明の効果として、圧電振動片を小型化しても、周波数を低く抑えて、優れた振動特性を備える圧電振動片を得ることができる。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明の構成において、前記有底の孔は、前記圧電振動片の上下面、若しくはいずれか一方の面に設けられていることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、有底の孔は、圧電振動片の上下面、若しくはいずれか一方の面に設けられている。このため、複数の振動腕が、互いに接近離間するようにして屈曲振動をしても、有底の孔に充填された錘の動きは、有底の孔の内壁によって規制される。これにより、錘が屈曲振動により動いて、拡大部から外れてしまうことを有効に防止できる。
【００１３】
第３の発明は、第１または第２の発明のいずれかの構成において、前記錘は、前記圧電材料より比重が大きい材料を前記孔に充填するようにして形成され、前記孔の内壁が曲面で形成されていることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、錘は、圧電材料より比重が大きい材料を孔に充填するようにして形成されているため、孔の内壁に角部があると、錘の材料が角部に充填しづらく、錘と孔の内壁とに隙間が生じる恐れがある。ところが、孔の内壁は曲面で形成されているため、錘の材料は内壁との間に隙間をつくることなく、内壁の全周に付着する。これにより、錘と孔の内壁との接触面積が大きくなり、錘が拡大部から外れてしまうことを有効に防止できる。
【００１４】
第４の発明は、第１ないし第３の発明のいずれかの構成において、前記孔の内面に、前記拡大部と前記圧電材料より比重が大きい材料との接合強度を高めるための接続膜が形成されていることを特徴とする。
これにより、接続膜を介して、錘と拡大部との接合力を高めて、錘が拡大部から外れてしまうことを防止できる。
【００１５】
第５の発明は、第４の発明の構成において、前記複数の振動腕には、前記圧電振動片を励振させる励振電極が設けられており、この励振電極と前記接続膜とが同じ材料から形成されていることを特徴とする。
このため、励振電極を形成する工程と同時に接続膜を形成できるので、別途、接続膜を形成する工程を設けなくても済み、製造コストを低廉化できる。
【００１６】
第６の発明は、第１ないし第５の発明のいずれかの構成において、前記有底の孔は、前記圧電振動片の上面および下面に設けられ、この上面および下面に設けられた孔の底部に、前記上面の孔と下面の孔とをつなぐ貫通孔を有し、この貫通孔を通じて、前記上面の孔および下面の孔に設けられた錘が一体となるように形成されていることを特徴とする。
第６の発明の構成によれば、拡大部は、有底の孔を上面および下面に有し、この上下面の孔に錘が設けられている。これにより、例えば上面の孔にのみ錘を設けた圧電振動片に比べて振動腕の先端部が重くなるため、より短い振動腕を得ると共に、低い周波数を得ることができる。また、振動腕の上下の重量のバランスを取ることができるため、振動腕の水平方向（互いに接近離間する方向）の振動を阻害してしまうことを有効に防止できる。
しかし、このように上下面に設けた有底の孔に錘を設けると、特に、下面に設けられた錘が、その自重や振動腕の屈曲振動等により、拡大部から外れ易くなってしまう。
ところが、上面および下面に設けられた孔の底部に、上面の孔と下面の孔とをつなぐ貫通孔を有し、この貫通孔を通じて、上面の孔および下面の孔に設けられた錘が一体となるように形成されている。このため、例えば下面に充填された錘が、拡大部から抜け落ちようとしても、上面に充填された錘が上面の孔の底部にあたって、その抜け落ちを防止することができる。
【００１７】
第７の発明によれば、第６の発明の構成において、前記貫通孔は、前記孔の底部に十字状に形成されている。このため、上面および下面に設けられた錘が水平方向に移動してしまうことを防止できる。
【００１８】
また、上記目的は、第８の発明によれば、パッケージと、このパッケージに固定される基部を有し、この基部から平行に延びる複数の振動腕を有する圧電振動片とを備える圧電デバイスであって、前記複数の振動腕の先端部は、励振させる振動腕部の幅より広い幅を有する拡大部を有し、前記拡大部は有底の孔を有していて、この有底の孔には圧電材料より比重が大きい材料が充填されることにより錘が設けられている、圧電デバイスにより達成される。
【００１９】
また、上記目的は、第９の発明によれば、パッケージと、このパッケージに固定される基部を有し、この基部から平行に延びる複数の振動腕を有する圧電振動片とを備える圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、前記複数の振動腕の先端部は、励振させる振動腕部の幅より広い幅を有する拡大部を有し、前記拡大部は有底の孔を有していて、この有底の孔には圧電材料より比重が大きい材料が充填されることにより錘が設けられている圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした、携帯電話装置により達成される。
【００２０】
また、上記目的は、第１０の発明によれば、パッケージと、このパッケージに固定される基部を有し、この基部から平行に延びる複数の振動腕を有する圧電振動片とを備える圧電デバイスを利用した電子機器であって、前記複数の振動腕の先端部は、励振させる振動腕部の幅より広い幅を有する拡大部を有し、前記拡大部は有底の孔を有していて、この有底の孔には圧電材料より比重が大きい材料が充填されることにより錘が設けられている圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした、電子機器により達成される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、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。
【００２２】
図１および図２は、本発明の圧電デバイスの実施の形態を示しており、図１はその概略平面図、図２は、図１のＡ−Ａ線概略断面図である。
図において、圧電デバイス１０は、圧電振動子を構成した例を示しており、この圧電デバイス１０は、パッケージ３０内に圧電振動片２０を収容している。
パッケージ３０は、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成型して形成される複数の基板を積層した後、焼結して形成されている。すなわち、図２に示されるように、この実施形態では、パッケージ３０は、下から第１の基板３１、第２の基板３２を重ねて形成されている。
この第２の基板３２は、その内側に所定の孔３２ａを形成することで、第１の基板３１に積層した場合に、パッケージ３０の内側に所定の内部空間Ｓ１を形成するようにされている。この内部空間Ｓ１が圧電振動片２０を収容するための収容空間である。
【００２３】
パッケージ３０の内部空間Ｓ１内の図において左端部付近において、内部空間Ｓ１に露出して内側底部を構成する第１の基板３１には、例えば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキで形成した電極部４０，４０が設けられている。この電極部４０，４０は、外部と接続されて、駆動電圧を供給するものである。この各電極部４０，４０の上に導電性接着剤４２，４２が塗布され、この導電性接着剤４２，４２の上に圧電振動片２０の基部２０ａが載置されて、導電性接着剤４２，４２が硬化することにより、圧電振動片２０が固定されるようになっている。なお、導電性接着剤４２，４２としては、接合力を発揮する接着成分としての合成樹脂剤に、銀製の細粒等の導電性の粒子を含有させたものが使用でき、エポキシ系、ポリイミド系またはシリコーン系導電性接着剤等を利用することができる。
【００２４】
また、パッケージ３０の開放された上端にある開放端面３２ｂは、例えば、低融点ガラス等のロウ材４３を介して、蓋体３４が接合されることにより、封止されている。
【００２５】
圧電振動片２０は、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。本実施形態において、圧電振動片２０は、水晶の単結晶から切り出された基板を加工することにより形成されている。この際、図１に示すＸ軸が電気軸、Ｙ軸が機械軸、Ｚ軸が光軸となるように水晶の単結晶から切り出され、そして、この切り出された水晶材料でなる基板を、エッチングすることにより図１に示される形状が形成されている。すなわち、圧電振動片２０は、小型に形成して必要な性能を得るために、パッケージ３０に固定される基部２０ａと、この基部２０ａを基端として、図において右方に向けて、二股に別れて平行に延びる１対の振動腕２４，２６とを備えるように形成され、全体が音叉のような形状とされた、所謂音叉型水晶振動片で構成されている。
【００２６】
圧電振動片２０の基部２０ａは、その端部の幅方向両端付近に、引き出し電極３６，３７が形成されている。各引き出し電極３６，３７は、図２に示されるように、圧電振動片２０の基部２０ａの下面にも同様に形成されている。これら各引き出し電極３６，３７は、上述したように図１に示されるパッケージ３０側の電極部４０，４０と導電性接着剤４２，４２により接続される部分である。
【００２７】
また、基部２０ａは、図１に示されるように、各振動腕２４，２６の基端部近傍に、基部２０ａの幅を縮幅するようにして設けられたくびれ部、若しくは切り欠き部２８，２８を備えている。これにより、各振動腕２４，２６からの振動の基部２０ａへの漏れ込みを抑制し、クリスタルインピーダンス値（以下、「ＣＩ値」と云う。）を低く抑えることができる。したがって、このような圧電振動片２０のＣＩ値を、従来の圧電振動片と同様のＣＩ値となるように形成して、振動腕２４，２６の長さＬ２を短くすることができる。
【００２８】
図３は、圧電振動片２０のみを拡大した拡大斜視図であり、図４は、図３のＢ−Ｂ線切断端面図である。これらの図に示されているように、圧電振動片２０の各振動腕２４，２６には、長さ方向に延びる長溝２１，２２が形成されている。各長溝２１，２２は、各振動腕２４，２６の上下両面に形成されている。この長溝２１，２２には、振動腕２４，２６を励振させる励振電極５４，５５が設けられ、また、長溝２１，２２の内壁と対向する各振動腕２４，２６の両側面にも、励振電極５６，５７が設けられている。そして、各励振電極５４，５５，５６，５７は、圧電振動片２０の表面を引き回されて、引き出し電極３６，３７のいずれか一方と接続され、一方の振動腕、例えば、振動腕２４に関しては、長溝２１内の励振電極５４と、側面部の励振電極５６とが互いに異極となるようにされている。このようにして、励振電極５４，５５，５６，５７に電圧を印加すると、図４に示すように、Ｅ方向に沿って電界を効率よく発生させることができ、圧電振動片２０のＣＩ値を低く抑えることができる。したがって、このような圧電振動片２０のＣＩ値を、従来の圧電振動片と同様のＣＩ値となるように形成して、振動腕２４，２６の長さＬ２を短くすることができる。
【００２９】
ここで、図３に示されるように、各振動腕２４，２６の先端部は、励振させる振動腕部の幅Ｗ１より、広い幅Ｗ２を有する拡大部６１，６２を有している。本実施形態の場合、拡大部６１，６２は矩形状に形成され、振動腕２４，２６が屈曲振動した場合に（図３における矢印の方向）、拡大部６１と拡大部６２とが接触してしまわないように、所定の間隔Ｗ３を有している。これにより、各振動腕２４，２６の先端部は、励振させる振動腕部よりも重くなるため、慣性モーメントによる負荷質量効果をもたらせて、低周波数化が可能となる。
なお、拡大部６１と拡大部６２とは略同様の構成をしており、説明の煩雑さを避けるため、以下、拡大部６１についてだけ説明する。
【００３０】
拡大部６１は、周縁に枠を残すようにして、圧電振動片２０の上面に、有底の孔６４を有している。本実施形態においては、図１のＣ−Ｃ線切断端面図である図５に示されるように、拡大部６１は、下面にも、上面側の有底の孔６４と略同様の形状をした有底の孔６６を有している。これら上下面の有底の孔６４，６６は、後述する錘を充填するための孔であり、例えばハーフエッチングすることにより形成されている。
【００３１】
そして、この拡大部６１の上下面に形成された有底の孔６４，６６には、圧電材料より比重が大きい材料が充填されることにより錘７０，７０が設けられている。この錘７０，７０は、拡大部６１の外形を従来より大きくすることなく、拡大部６１を重くするための錘である。すなわち、錘７０，７０は、有底の孔６４，６６が設けられていない場合の拡大部より拡大部６１が重くなるように所定の量を有しており、かつ、この所定の量を各有底の孔６４，６６に充填した場合であっても、拡大部６１の開口端面よりも外側に突出しないように形成されている。
【００３２】
具体的には、本実施形態の場合、錘７０，７０は、各有底の孔６４，６６に、水晶材料より比重の大きい金属から形成されたボールを配置し、この金属のボールにレーザ光を照射する等して溶融することにより形成されている。
この際、錘７０，７０は、溶融して各有底の孔６４，６６に付着した場合に、圧電振動片２０の上面側の重量と、下面側の重量とが同じになるように形成されている。
【００３３】
また、錘７０，７０は、圧電振動片２０に錘７０，７０を配設した後に、その後の製造工程においてパッケージ３０内を加熱しても、拡大部６１から溶け落ちることがない金属から形成されている。本実施形態においては、拡大部６１に錘７０，７０を配設した後、上述したように、導電性接着剤４２を溶融して圧電振動片２０を固定し、次いでロウ材４３を溶融して蓋封止するため、導電性接着剤４２の硬化温度およびロウ材４３の融点より高い融点を有する、例えば、Ａｕ／Ｓｎ合金、Ａｕ／Ｇｅ合金、銀ロウ等が選択されている。
【００３４】
本発明の第１の実施形態は以上のように構成され、振動腕２４の先端部を錘により重くすることで、低周波数を維持しつつ、拡大部６１を従来より大きくすることなく、振動腕２４の長さＬ２を短くした圧電デバイス１０を得ることができる。しかも、この振動腕２４の先端部を重くするための錘７０，７０は、有底の孔６４，６６に金属を充填して形成されているので、拡大部６１との接合面積を大きくして、錘７０，７０が拡大部６１から外れてしまうことを有効に防止できる。
【００３５】
また、錘７０，７０は、圧電振動片２０の上下面に設けられた有底の孔６４，６６に、金属を充填して形成されている。このため、振動腕２４，２６が、互いに接近離間するようにして屈曲振動をし、この屈曲振動に追従して錘７０，７０が動こうとしても、錘７０，７０の動きは、有底の孔６４，６６の内壁６４ａ，６６ａ（図５参照）によって制止される。したがって、錘７０，７０が屈曲振動により動いて、拡大部６１から外れてしまうことを有効に防止できる。
【００３６】
さらに、圧電振動片２０の上面側と下面側の重量とが、同じになるように錘７０，７０が設けられているので、拡大部６１の上下面の重量バランスをとることができる。これにより、振動腕２４の上面と下面との重量のバランスが崩れたことにより生じる振動のアンバランスを防止し、圧電振動片２０の振動特性に悪影響を与えることを防止できる。
【００３７】
なお、上述のように、拡大部６２は拡大部６１と同様の構成をしているため、拡大部６１と同様に、有低の孔６４，６６および錘７０，７０を設けたことによる作用効果を発揮する。
【００３８】
図６は、本発明の第１の実施形態にかかる変形例であって、振動腕２４の拡大部６１から錘７０を取り外した場合の概略斜視図である。なお、振動腕２６およびこの振動腕２６に形成された拡大部６２については、振動腕２４側と同様であるため、説明を省略する。
この図において、図１ないし図５の圧電デバイス１０と同一の構成には、共通する符号を付して重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【００３９】
この振動腕２４の拡大部６１が、第１の実施形態と異なるのは、有底の孔の形状が異なっている点のみである。
すなわち、図６に示される拡大部６１については、有底の孔７２の形状を長円にすることにより、有底の孔７２の内壁７２ａが曲面になるように形成されている。なお、本第１の変形例においては、内壁７２ａが曲面に形成できれば、有底の孔７２の形状は、長円に限られず例えば正円でもよく、或いは、図７に示されるように、例えば長円からなる複数の有底の孔７２，７２，７２，７２を形成するようにしてもよい。
そして、この図６に示される有底の孔７２、或いは図７に示される複数の有底の孔７２，７２，７２，７２に、第１の実施形態と同様に、水晶材料より比重の大きい金属から形成されたボールを配置し、この金属のボールを溶融することで錘７０（図示せず）が形成されている。
【００４０】
本第１の実施形態の変形例は以上のように構成され、このため、錘７０を形成する際に溶融した金属が、孔７２の内面に濡れ拡がると、孔７２の内壁７２ａは曲面で形成されているため、溶融した金属は、内壁７２ａとの間に隙間をつくることなく、内壁７２ａの全周に付着する。これにより、錘７０と孔７２の内壁７２ａとの接触面積が大きくなり、錘７０が拡大部６１から外れてしまうことを有効に防止できる。
【００４１】
図８は、本発明の第２の実施形態にかかる圧電デバイス１２について、拡大部の概略縦断面図であり、第１の実施形態にかかる図５に対応した図である。
この図において、図１ないし図７の圧電デバイス１０と同一の構成には、共通する符号を付して重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
なお、拡大部６１と拡大部６２とは略同様の構成をしているため、以下、拡大部６１についてだけ説明する。
【００４２】
この圧電デバイス１２が、第１の実施形態と異なるのは、有底の孔６４，６６と錘７０，７０との間に接続膜７４，７４を設けた点のみである。
すなわち、本発明の第１の実施形態では、上述のように、有底の孔６４，６６は、水晶材料をハーフエッチングすることにより形成されるため、水晶の異方性により、有底の孔６４，６６の内壁、特に図８に示される左側の内壁６４ａ，６６ａが中心に向かって除々に孔の深さを増すような傾斜を備えている。このため、有底の孔６４，６６の形状は、錘７０，７０が拡大部６１から外れやすい形状となっているので、拡大部６１と錘７０，７０との接合力を高める接続膜７４，７４が、有底の孔６４，６６の内面に設けられている。
【００４３】
本第２の実施形態において接続膜７４，７４は、上述のように錘７０，７０がＡｕ／Ｓｎ合金等から形成されているため、例えば、有底の孔６４，６６の内面にＣｒを被膜し、その上にＡｕを被膜するようにして形成されている。
また、このように、接続膜７４，７４の材料としてＣｒ／Ａｕを選択することにより、振動腕２４，２６の表面に設けられた励振電極５４，５５，５６，５７（図３参照）と同じ材料になるようにされている。
【００４４】
本発明の第２の実施形態は以上のように構成され、このため、接続膜７４，７４を介して、錘７０，７０と拡大部６１との接合力を高め、錘７０，７０が拡大部６１から外れてしまうことを防止できる。なお、上述のように、拡大部６２は拡大部６１と同様の構成をしているため、拡大部６１と同様に、接続膜７４，７４を設けたことによる作用効果を発揮する。
また、接続膜７４，７４と励振電極５４，５５，５６，５７（図３参照）とが同じ金属から形成されているため、励振電極５４，５５，５６，５７を形成する工程と同時に接続膜７４，７４を形成できるので、別途、接続膜７４，７４を形成する工程を設けなくても済み、製造コストを低廉化できる。
【００４５】
図９は、本発明の第３の実施形態にかかる圧電デバイス１４について、拡大部の概略縦断面図であり、第１の実施形態にかかる図５、及び第２の実施形態にかかる図８に対応した図である。
この図において、図１ないし図８の圧電デバイス１０，１２と同一の構成には、共通する符号を付して重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
なお、拡大部６１と拡大部６２とは略同様の構成をしているため、以下、拡大部６１についてだけ説明する。
【００４６】
この圧電デバイス１４が、他の実施形態と異なるのは、有底の孔の形状と、この有底の孔に配設した錘の形状のみである。
すなわち、拡大部６１に設けられた有底の孔６４，６６は、その底部６４ｂ，６６ｂに、上面の孔６４と下面の孔６６とをつなぐ貫通孔７６を有している。図９において、貫通孔７６は、有底の孔６４，６６の底部６４ｂ，６６ｂの一部に設けられているが、これに限られず複数部に設けられていてもよい。また、貫通孔７６は、貫通孔の変形例を説明するための拡大部の平面図である図１０に示されるように、平面視した場合に十字状に形成されていてもよい。
また、第１の実施形態において説明したように、錘７０，７０は、有底の孔６４，６６に金属ボールを配置し、これを溶融して形成されるため、金属ボールが貫通孔７６を通り抜けてしまわないように、貫通孔７６の内周は金属ボールの外周よりも小さく形成されている。
【００４７】
そして、この貫通孔７６内にも、水晶材料より比重の大きい金属が充填されるようにして錘７０が設けられており、貫通孔７６を通じて、上面の孔６４に設けられた錘７０と、下面の孔６６に設けられた錘７０とが一体となるように形成されている。
【００４８】
本発明の第３の実施形態は以上のように構成され、このため、例えば下面の有底の孔６６に充填された錘７０が、拡大部６１から抜け落ちようとしても、上面の有底の孔６４に充填された錘７０が、上面の孔の底部６４ｂにあたる。したがって、図８に示される接続膜７４を設けなくても、錘７０が拡大部６１から抜け落ちたりすることを防止できる。すなわち、錘７０，７０の図９における縦方向の移動を防止することができる。
また、図１０に示すように、貫通孔７６が孔の底部６４ｂ，６６ｂに十字状に形成されている場合には、錘７０，７０が図９における水平方向に移動しようとしても、貫通孔７６内に充填されている錘７０が貫通孔７６の内壁にあたって、その水平方向の移動を防止できる。
なお、上述のように、拡大部６２は拡大部６１と同様の構成をしているため、拡大部６１と同様に、貫通孔７６を設けたことによる作用効果を発揮する。
【００４９】
図１１は、本発明の上述した実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置３００の概略構成を示す図である。
図において、マイクロフォン３０８により電気信号に変換された送信者の音声は、デモジュレータ，コーデック部でデジタル変調され、送信部３０７においてＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯に周波数変換後、アンテナを通して基地局（図示せず）に送信される。また、基地局からのＲＦ信号は受信部３０６において周波数変換後、デモジュレータ，コーデック部において音声信号に変換され、スピーカー３０９から出力される。また、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３０１は液晶表示装置及びキーボードからなる入出力部３０２をはじめ、デジタル式携帯電話装置３００の全体の動作を制御している。メモリ３０３はＣＰＵ３０１により制御される、ＲＡＭ，ＲＯＭからなる情報記憶手段であり、これらの中にはデジタル式携帯電話装置３００の制御プログラムや電話帳などの情報が格納されている。
このように、デジタル式携帯電話装置３００のような電子機器に、上述した実施形態に係る圧電デバイス１０，１２，１４を搭載することにより、圧電デバイス１０，１２，１４の低周波数を利用したとしても、小型化され、かつ、品質のよいデジタル式携帯電話装置３００を実現することができる
【００５０】
本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜相互に組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
この発明の圧電デバイスは、パッケージ内に圧電振動片と、これに接続される電子部品を含むものであれば、圧電発信器、圧電振動子、フィルタ等その名称を問わずに適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の圧電デバイスに係る概略平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線概略断面図。
【図３】本発明の第１の実施形態の圧電振動片を拡大した拡大斜視図。
【図４】図３のＢ−Ｂ線切断端面図。
【図５】図１のＣ−Ｃ線切断端面図。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る変形例であって、振動腕の拡大部から錘を取り外した場合の概略斜視図。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る変形例であって、振動腕の拡大部から錘を取り外した場合の概略斜視図。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る圧電デバイスについて、拡大部の概略縦断面図。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る圧電デバイスについて、拡大部の概略縦断面図。
【図１０】貫通孔の変形例を説明するための拡大部の平面図。
【図１１】圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図。
【図１２】圧電デバイスに用いられる圧電振動片の概略斜視図。
【符号の説明】
１０，１２，１４・・・圧電デバイス、２０・・・圧電振動片、２１，２２・・・長溝、２４，２６・・・振動腕、２８・・・切り欠き部、３０・・・パッケージ、５４，５５，５６，５７・・・励振電極、６１，６２・・・拡大部、６４，６６，７２・・・有底の孔、７０・・・錘、７４・・・接続膜、７６・・・貫通孔
Claims (10)
- 固定される基部を有し、この基部から平行に延びる複数の振動腕を有する圧電振動片であって、
前記複数の振動腕の先端部は、励振させる振動腕部の幅より広い幅を有する拡大部を有し、前記拡大部は有底の孔を有していて、この有底の孔には圧電材料より比重が大きい材料が充填されることにより錘が設けられている
ことを特徴とする圧電振動片。 - 前記有底の孔は、前記圧電振動片の上下面、若しくはいずれか一方の面に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の圧電振動片。
- 前記錘は、前記圧電材料より比重が大きい材料を前記孔に充填するようにして形成され、前記孔の内壁が曲面で形成されていることを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載の圧電振動片。
- 前記孔の内面に、前記拡大部と前記圧電材料より比重が大きい材料との接合強度を高めるための接続膜が形成されていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電振動片。
- 前記複数の振動腕には、前記圧電振動片を励振させる励振電極が設けられており、この励振電極と前記接続膜とが同じ材料から形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の圧電振動片。
- 前記有底の孔は、前記圧電振動片の上面および下面に設けられ、この上面および下面に設けられた孔の底部に、前記上面の孔と下面の孔とをつなぐ貫通孔を有し、この貫通孔を通じて、前記上面の孔および下面の孔に設けられた錘が一体となるように形成されていることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電振動片。
- 前記貫通孔は、前記孔の底部に十字状に形成されていることを特徴とする、請求項６に記載の圧電振動片。
- パッケージと、このパッケージに固定される基部を有し、この基部から平行に延びる複数の振動腕を有する圧電振動片とを備える圧電デバイスであって、
前記複数の振動腕の先端部は、励振させる振動腕部の幅より広い幅を有する拡大部を有し、前記拡大部は有底の孔を有していて、この有底の孔には圧電材料より比重が大きい材料が充填されることにより錘が設けられている
ことを特徴とする圧電デバイス。 - パッケージと、このパッケージに固定される基部を有し、この基部から平行に延びる複数の振動腕を有する圧電振動片とを備える圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、
前記複数の振動腕の先端部は、励振させる振動腕部の幅より広い幅を有する拡大部を有し、前記拡大部は有底の孔を有していて、この有底の孔には圧電材料より比重が大きい材料が充填されることにより錘が設けられている圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした
ことを特徴とする携帯電話装置。 - パッケージと、このパッケージに固定される基部を有し、この基部から平行に延びる複数の振動腕を有する圧電振動片とを備える圧電デバイスを利用した電子機器であって、
前記複数の振動腕の先端部は、励振させる振動腕部の幅より広い幅を有する拡大部を有し、前記拡大部は有底の孔を有していて、この有底の孔には圧電材料より比重が大きい材料が充填されることにより錘が設けられている圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした
ことを特徴とする電子機器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060606 |