JP2005020544A - 圧電振動片と圧電振動片を利用した圧電デバイス、ならびに圧電デバイスを利用した携帯電話装置および圧電デバイスを利用した電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】所謂音叉型の圧電振動片において、圧電材料のエッチング異方性による異形部の形成に起因して生じる機械強度の低下を防止できる構造とした圧電振動片と、このような圧電振動片を使用した圧電デバイス、ならびに圧電デバイスを利用した携帯電話と電子機器を提供すること。
【解決手段】エッチングによる異方性を有する圧電材料により形成されており、基部５１から平行に延びる同じ長さの一対の振動腕３４，３５を備え、かつ前記基部の前記各振動腕の間に位置する股部６６を有し、前記各振動腕に、長さ方向に延びる溝を備えた音叉型の圧電振動片において、前記振動腕の長さをＬ、エッチング残りに起因して前記股部に形成される異形部６７の前記振動腕の長さ方向に沿った大きさをｈ、前記股部と前記溝の端部との距離をＨとすると、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．００５以上の大きさである。
【選択図】 図３
【解決手段】エッチングによる異方性を有する圧電材料により形成されており、基部５１から平行に延びる同じ長さの一対の振動腕３４，３５を備え、かつ前記基部の前記各振動腕の間に位置する股部６６を有し、前記各振動腕に、長さ方向に延びる溝を備えた音叉型の圧電振動片において、前記振動腕の長さをＬ、エッチング残りに起因して前記股部に形成される異形部６７の前記振動腕の長さ方向に沿った大きさをｈ、前記股部と前記溝の端部との距離をＨとすると、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．００５以上の大きさである。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動片と、この圧電振動片をパッケージに収容した圧電デバイス、ならびに圧電デバイスを利用した携帯電話と電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
図１２は、このような圧電デバイスに収容される公知の圧電振動片の概略平面図である（特許文献１参照）。
【０００３】
圧電振動片３は、例えば水晶をエッチングすることにより図１２のような形状とされている。図示されているように、圧電振動片３は、基部５と、この基部５から平行に延びる一対の振動腕６，７を備える、所謂、音叉型水晶振動片で構成されている。
圧電振動片３は、図示しないパッケージ内の電極部と接合されることにより、パッケージの実装端子と電気的に接続されている。
【０００４】
そして、外部から上記パッケージの電極部を介して圧電振動片３に駆動電圧を印加することにより、振動腕６と振動腕７は矢印に示すように、その先端を互いに接近・離間させる屈曲振動が、所定の振動周波数で行われる。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】
【特許文献１】特開昭５６−６５５１７号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１２の圧電振動片３をさらに詳しく説明すると、各振動腕６，７には、それぞれ、各振動腕６，７の長さ方向に延びる溝８，９が設けられている。図１３は図１２のＦ−Ｆ線切断端面図であり、この溝は各振動腕６，７の表裏に溝８，８、溝９，９として形成されている。
【０００７】
この場合、溝８，９の端部８ａ，９ａが、股部１よりも各振動腕６，７の先端側に離れて位置する場合には、図１２の屈曲振動時に、比較的大きな変形を生じる箇所から遠くなり、溝８，９には、駆動用の電極が形成される関係から、駆動効率が低下し、抵抗値が高まる。このため、図１２に示すように、溝８，９の端部８ａ，９ａが、各振動腕６，７の間の股部１よりも深く基部５側に入り込んで設けられている。
【０００８】
ここで、圧電振動片３は、図１２のような音叉形状を形成するために、例えば水晶ウエハ等の圧電材料をエッチングする必要がある。このエッチングの際に、図１２に示す振動腕６と振動腕７との間の股部１に、図１２のＧ−Ｇ線切断端面図である図１４に示されているように、ヒレ状の異形部２が形成される。
そして、圧電振動片３の各振動腕６，７が図１２の矢印方向に屈曲振動する際には、各振動腕６，７の間の股部１付近に、他の領域と比較して大きな応力が作用する。そして、特に異形部２が形成されていることに起因して、異形部２と近接した各溝８，９の壁部８ｂ，９ｂ付近の機械強度が低下しており、この部分に上記応力が集中し、破損する場合がある。
【０００９】
本発明は、所謂音叉型の圧電振動片において、圧電材料のエッチング異方性による異形部の形成に起因して生じる機械強度の低下を防止できる構造とした圧電振動片と、このような圧電振動片を使用した圧電デバイス、ならびに圧電デバイスを利用した携帯電話と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】
上述の目的は、第１の発明によれば、エッチングによる異方性を有する圧電材料により形成されており、基部から平行に延びる同じ長さの一対の振動腕を備え、かつ前記基部の前記各振動腕の間に位置する股部を有し、前記各振動腕に、長さ方向に延びる溝を備えた音叉型の圧電振動片において、前記振動腕の長さをＬ、エッチング残りに起因して前記股部に形成される異形部の前記振動腕の長さ方向に沿った大きさをｈ、前記股部と前記溝の端部との距離をＨとすると、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．００５以上の大きさである圧電振動片により、達成される。
第１の発明の構成によれば、前記溝の前記基部側の端部が、前記基部に大きく入り込むと、前記異形部と溝部が近接し過ぎて、溝を形成する壁部の厚みが薄くなり、機械強度が低くなり、応力が集中しやすくなる。このため、前記した（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．００５以上とすれば、機械強度が向上し、圧電振動片の破損を防止することができる。
これにより、本発明によれば、所謂音叉型の圧電振動片において、圧電材料のエッチング異方性による異形部の形成に起因して生じる機械強度の低下を防止できる構造とした圧電振動片を提供することができる。
【００１１】
第２の発明は第１の発明の構成において、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．０７以下の大きさであることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、前記（Ｈ−ｈ）／Ｌを、０．０７以下の大きさとしている。すなわち、前記溝の前記基部側の端部が、前記基部に大きく入り込むと、前記異形部と溝部が近接し過ぎて、溝を形成する壁部の厚みが薄くなり、機械強度が低くなり、応力が集中しやすくなる。このため、（Ｈ−ｈ）／Ｌの値は、機械強度を向上させるためには、大きい方がよいが、一方、前記溝の前記基部側の端部が、前記基部から離れる位置、すなわち、前記異形部から振動腕の先端側に、必要以上に離間して位置すると、抵抗値が高まり、駆動効率が低下する。そこで、前記（Ｈ−ｈ）／Ｌを、０．０７以下とすることにより、機械強度も向上し、抵抗値も実用上許容できる程度に低く抑えることが可能となる。
【００１２】
第３の発明は第２の発明の構成において、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．０１２以上で０．０７以下の大きさであることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．０１２以上の大きさであれば、３割程度以上機械強度を向上させることができ、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．０７以下の大きさであれば、抵抗値も実用上許容できる程度に低く抑えることが可能となる。
【００１３】
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Ｌが１．６ｍｍ程度、前記ｈが０．０５ｍｍ以下である場合に、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．０１２以上の大きさであることを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、前記Ｌが１．６ｍｍ程度、前記ｈが０．０５ｍｍ以下である場合に、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．０１２以上の大きさとすることにより、機械強度を３割程度以上向上させることができる。
【００１４】
上述の目的は、第５の発明によれば、エッチングによる異方性を有する圧電材料により形成されており、基部から平行に延びる同じ長さの一対の振動腕を備え、かつ前記基部の前記各振動腕の間に位置する股部を有し、前記各振動腕に、長さ方向に延びる溝を備えた音叉型の圧電振動片において、エッチングによる異方性を有する圧電材料により形成されており、基部から平行に延びる同じ長さの一対の振動腕を備え、かつ前記基部の前記各振動腕の間に位置する股部を有し、前記各振動腕に、長さ方向に延びる溝を備えた音叉型の圧電振動片において、
前記溝の前記基部側の端部領域において、前記股部に近接した箇所で、少なくとも前記エッチングに起因して前記股部に形成された異形部がある側の壁の厚みを、他の領域の壁の厚みよりも厚くした圧電振動片により、達成される。
第５の発明の構成によれば、前記溝の前記基部側の端部領域において、前記股部に近接した箇所で、少なくとも前記異形部がある側の壁の厚みを、他の領域の壁の厚みよりも厚くすることにより、この溝の端部の機械強度を向上させることができ、圧電振動片の破損を防止することができる。
これにより、本発明によれば、所謂音叉型の圧電振動片において、圧電材料のエッチング異方性による異形部の形成に起因して生じる機械強度の低下を防止できる構造とした圧電振動片を提供することができる。
【００１５】
上述の目的は、第６の発明によれば、エッチングによる異方性を有する圧電材料により形成されており、基部から平行に延びる同じ長さの一対の振動腕を備え、かつ前記基部の前記各振動腕の間に位置する股部を有し、前記各振動腕に、長さ方向に延びる溝を備えた音叉型の圧電振動片をケースもしくはパッケージ内に収容した圧電デバイスであって、前記圧電振動片が、前記振動腕の長さをＬ、エッチング残りに起因して前記股部に形成される異形部の前記振動腕の長さ方向に沿った大きさをｈ、前記股部と前記溝の端部との距離をＨとすると、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．００５以上の大きさである、圧電デバイスにより、達成される。
第６の発明の構成によれば、ケースもしくはパッケージに収容された圧電振動片に関して、第１の発明と同じ作用により、その機械強度を向上させることができ、駆動の際、および外部からの衝撃に対して強い構造の圧電デバイスを得ることができる。
【００１６】
上述の目的は、第７の発明によれば、エッチングによる異方性を有する圧電材料により形成されており、基部から平行に延びる同じ長さの一対の振動腕を備え、かつ前記基部の前記各振動腕の間に位置する股部を有し、前記各振動腕に、長さ方向に延びる溝を備えた音叉型の圧電振動片をケースもしくはパッケージ内に収容した圧電デバイスであって、前記圧電振動片が、前記溝の前記基部側の端部領域において、前記股部に近接した箇所で、少なくとも前記エッチングに起因して前記股部に形成された異形部がある側の壁の厚みを、他の領域の壁の厚みよりも厚くした、圧電デバイスにより、達成される。
第７の発明の構成によれば、ケースもしくはパッケージに収容された圧電振動片に関して、第５の発明と同じ作用により、その機械強度を向上させることができ、駆動の際、および外部からの衝撃に対して強い構造の圧電デバイスを得ることができる。
【００１７】
上述の目的は、第８の発明によれば、エッチングによる異方性を有する圧電材料により形成されており、基部から平行に延びる同じ長さの一対の振動腕を備え、かつ前記基部の前記各振動腕の間に位置する股部を有し、前記各振動腕に、長さ方向に延びる溝を備えた音叉型の圧電振動片をケースもしくはパッケージ内に収容した圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、前記圧電振動片が、前記振動腕の長さをＬ、エッチング残りに起因して前記股部に形成される異形部の前記振動腕の長さ方向に沿った大きさをｈ、前記股部と前記溝の端部との距離をＨとすると、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．００５以上の大きさであ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。
【００１８】
上述の目的は、第９の発明によれば、エッチングによる異方性を有する圧電材料により形成されており、基部から平行に延びる同じ長さの一対の振動腕を備え、かつ前記基部の前記各振動腕の間に位置する股部を有し、前記各振動腕に、長さ方向に延びる溝を備えた音叉型の圧電振動片をケースもしくはパッケージ内に収容した圧電デバイスを利用した電子機器であって、前記圧電振動片が、前記振動腕の長さをＬ、エッチング残りに起因して前記股部に形成される異形部の前記振動腕の長さ方向に沿った大きさをｈ、前記股部と前記溝の端部との距離をＨとすると、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．００５以上の大きさであ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。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１ないし図３は、本発明の圧電デバイスの実施形態を示しており、図１はその概略平面図、図２は図１のＢ−Ｂ線概略断面図である。
これらの図において、圧電デバイス３０は、圧電振動子を構成した例を示しており、圧電デバイス３０は、パッケージ３６内に圧電振動片３２を収容している。パッケージ３６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形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。複数の各基板は、その内側に所定の孔を形成することで、積層した場合に内側に所定の内部空間Ｓ２を形成するようにされている。この実施形態では、パッケージ３６の厚さを最小とするために、第１の基板６１と第２の基板６４と第３の基板６８を積層して形成されており、第３の基板６８の内側の材料を除去することで、内部空間Ｓ２のスペースを形成している。
この内部空間Ｓ２が圧電振動片を収容するための収容空間である。
【００２０】
なお、圧電振動片３２を収容するパッケージとしては、上述の構造に限らず、例えば、圧電材料で形成した平たい基板の上に、圧電振動片を接合し、浅い箱状のキャップで封止するようなパッケージ等も使用することができる。
あるいは、金属製の筒状のケース内に、電極に接合された圧電振動片を挿入して封止する構成などによってもよい。
【００２１】
パッケージ３６の内部空間Ｓ２内の図において左端部付近において、内部空間Ｓ２に露出して内側底部を構成する第２の基板６４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３１，３１が設けられている。
この電極部３１，３１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３１，３１の上に導電性接着剤４３，４３が塗布され、この導電性接着剤４３，４３の上に圧電振動片３２の基部５１の幅方向両端部に設けた引き出し電極３３，３３が載置されて、導電性接着剤４３，４３が硬化されるようになっている。各引出し電極３３，３３は、後述する圧電振動片３２の励振電極にそれぞれ接続されている（図示せず）。尚、導電性接着剤４３，４３としては、接合力を発揮する接着剤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、シリコーン系、エポキシ系またはポリイミド系導電性接着剤等を利用することができる。
【００２２】
また、図２に示すように、パッケージ３６の底面のほぼ中央付近には、パッケージ３６を構成する２枚の積層基板に連続する貫通孔３７ａ，３７ｂを形成することにより、外部に開口した貫通孔３７が設けられている。この貫通孔３７を構成する２つの貫通孔のうち、パッケージ内部に開口する第１の孔３７ｂに対して、第２の孔である外側の貫通孔３７ａは、より大きな内径を備えるようにされている。これにより、貫通孔３７は、図２において下向きの段部６２を備える段つき開口とされている。この段部６２の表面には、金属被覆部が設けられていることが好ましい。
【００２３】
ここで、貫通孔３７に充填される金属製封止材３８としては、例えば、鉛を含有しない封止材が選択されることが好ましく、例えば、銀ロウ、Ａｕ／Ｓｎ合金、Ａｕ／Ｇｅ合金等から選択される。これに対応して、段部６２の表面の金属被覆部には、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を形成することが好ましい。
さらに、図２において、第２の基板６４の内側の一部を除去することにより、凹部４２が設けられている。これにより、圧電デバイス３０に外部から衝撃が加えられた場合に、圧電振動片３２の先端が矢印Ｄ方向に変位しても、この圧電振動片３２の先端がパッケージ３６の内側底部に衝突して破損することが有効に防止されている。
【００２４】
圧電振動片３２は、エッチングによる異方性を有する圧電材料を使用して形成されており、例えば単結晶の水晶が用いられる。水晶以外にも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。
図３は、第１の実施形態に係る圧電振動片３２の概略平面図であり、図３において、圧電振動片３２は、例えば、エッチングによる異方性を有する圧電材料としての水晶を音叉型に加工されて形成されている。この場合、図３に示すＸ軸が電気軸、Ｙ軸が機械軸及びＺ軸が光軸となるように水晶の単結晶から切り出されることになる。
また、圧電振動片３２は、パッケージ３６側と固定される基部５１と、この基部５１を基端として、図において上方に向けて、二股に別れて平行に延びる同じ長さの一対の振動腕３４，３５を備えており、全体が音叉のような形状とされた、所謂、音叉型圧電振動片が利用されている。
【００２５】
さらに圧電振動片３２は、好ましくは、基部５１の各振動腕３４，３５の基端部近傍に、基部５１の幅を縮幅するようにして設けたくびれ部、もしくは切欠き部４８，４８を備えている。圧電振動片３２は、この切欠き部４８，４８を備えることにより、各振動腕３４，３５からの振動の基部５１側への漏れ込みが抑制されるようになっている。
【００２６】
各振動腕３４，３５には、それぞれ長さ方向に延びる溝４４，４４を有している。この各溝４４，４４は、図１のＣ−Ｃ切断端面図である図４に示されているように、各振動腕３４，３５の表裏両面に形成されている。圧電振動片３２の基部５１の端部には、図１で説明したように、パッケージ３６の電極部３１，３１と接続するための引き出し電極３３，３３が形成されている。各引き出し電極３３，３３は、圧電振動片３２の基部５１の表裏に設けられている。これらの各引き出し電極３３，３３は、各振動腕３４，３５の溝４４，４４内に設けた励振電極と接続されている。
【００２７】
圧電振動片３２の駆動電極である励振電極は、第１の電極と第２の電極とでなっており、この第１の電極と第２の電極とは、それぞれ各引き出し電極３３，３３に接続されている（図３に図示せず）。そして、図４に示されているように、この第１の電極５４と第２の電極５５は互いに分離されているとともに、各振動腕３４，３５の領域では、各溝４４，４４とこれら振動腕３４，３５の側面部とに、電極どうしが互いに対向する位置を占めるように形成されている。
これにより、第１の電極５４と第２の電極５５に駆動電圧が印加されると、図４に矢印で示すように、電界を形成することができ、駆動電圧の周波数変化に基づいて各振動腕３４，３５に屈曲振動を生じるようになっている。
【００２８】
パッケージ３６の開放された上端には、図２の示すように、封止材３６ａを用いて蓋体３９が接合されることにより、封止されている。蓋体３９は、好ましくは、パッケージ３６に封止固定した後で、図２に示すように、外部からレーザ光ＬＢを圧電振動片３２の金属被覆部もしくは励振電極の一部（図示せず）に照射して、質量削減方式により周波数調整を行うために、光を透過する材料，特に、薄板ガラスにより形成されている。
蓋体３９として適するガラス材料としては、例えば、ダウンドロー法により製造される薄板ガラスとして、例えば、硼珪酸ガラスが使用される。
【００２９】
ここで、本実施形態の圧電振動片３２は、図３で説明したような結晶軸方位に従って、水晶ウエハをフッ酸溶液等によりウエットエッチングして、その音叉状の形態を形成すると、主として２箇所に異形部が形成される。
ひとつの異形部としては、図３や図４に現れているように、各振動腕３４，３５の図示の場合、右側側面において、各振動腕３４，３５の長さ方向に延びる凸条として形成される異形部６５，６５である。
また、エッチング工程においては、さらに、他の異形部として、振動腕３４と振動腕３５の間の股部６６において、例えば、図３および図５に示されているように、ヒレ状の異形部６７が形成される。この異形部６７に関連して、本実施形態では、各溝４４，４４の形成位置を次のような位置に定めている。
この場合、各振動腕３４，３５に関して、その溝４４，４４の構造は同じであるから、振動腕３５の溝４４に関してのみ説明する。
【００３０】
図３において、振動腕３５の長さをＬ、エッチング残りに起因して股部６６に形成される異形部６７の振動腕３５の長さ方向に沿った大きさをｈ、股部６６と溝４４の端部４５との距離をＨとすると、これらＬ，ｈ，Ｈを次の条件に適合するように定める。
具体的には、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．００５以上の大きさとする。
すなわち、図６は横軸に上記（Ｈ−ｈ）／Ｌを、縦軸に圧電振動片３２の機械強度をとったグラフであり、Ｌが１．６ｍｍ程度、ｈがほぼ０．０５ｍｍである場合において、（Ｈ−ｈ）／Ｌの変化に応じて、つまり、溝４４の端部４５の位置によって、振動腕３５の股部近傍の機械強度の変化を測定した結果を示している。
図６に示されているように、（Ｈ−ｈ）／Ｌの値が、０．００５以上では、急激に機械強度が向上している。そして、図６において、（Ｈ−ｈ）／Ｌの値が、０．０１２以上の大きさであれば、３割（３０パーセント）程度以上機械強度を向上させることができて好ましい。
【００３１】
これに対して、図７は横軸に上記（Ｈ−ｈ）／Ｌをとり、縦軸に圧電振動片３２の電気抵抗値（ｋΩ）をとったグラフである。この場合にも、Ｌが１．６ｍｍ程度、ｈがほぼ０．０５ｍｍである場合において、（Ｈ−ｈ）／Ｌの変化に応じて、つまり、溝４４の端部４５の位置によって、電気抵抗値が変化する。そして、溝４４の端部４５の位置が、基部５１から離れる程電気抵抗値は高くなる。
図７によると、（Ｈ−ｈ）／Ｌが０．０７以下の大きさであれば、抵抗値も実用上許容できる程度に低く抑えることが可能となる。
したがって、圧電振動片３２に溝４４を形成する場合に、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．００５以上となるようにすれば、機械強度が向上し、圧電振動片の破損を防止することができる。
これにより、所謂音叉型の圧電振動片において、圧電材料のエッチング異方性による異形部の形成に起因して生じる機械強度の低下を防止できる構造とした圧電振動片を提供することができる。
【００３２】
さらに、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．０７以下の大きさであると抵抗値を実用上許容できる程度に低く抑えることが可能となる。さらに好ましくは、このため、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．０１２以上で０．０７以下の大きさとすることで、機械強度を３割程度以上向上させつつ、抵抗値も実用上許容できる程度に低く抑えることが可能となる。
【００３３】
そして、前記Ｌが１．６ｍｍ程度、前記ｈが０．０５ｍｍ以下である場合には、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．０１２以上の大きさとすることで、機械強度を３割程度以上向上させることができる。
【００３４】
図８は、第２の実施形態の圧電振動片３２−１の概略平面図、図９は図８のＥ−Ｅ線切断端面図である。これらの図において、第１の実施形態と共通する構成には同一の符号を付して重複する説明は省略し、以下、相違点を中心に説明する。
図８において、圧電振動片３２−１の振動腕３４の上幅をＷとする（振動腕３５の腕幅も同じ）。各振動腕３４，３５の溝４４，４４は、それぞれ基部５１側の端部に、他の領域の壁の厚みよりも厚くした領域４６，４６が設けられている。
【００３５】
つまり、この実施形態では、各溝４４，４４の基部５１側の端部を、基部５１に入り込む側に延長して、圧電振動片３２の電気抵抗値を低くするようになされている。
しかも、この延長した領域は、図９に示すように、溝４４の少なくとも、異形部６７側の壁部４４ａ，４４ａの厚みｄ，ｄを、他の領域よりも厚くすることにより、この部分の機械強度を向上させるようになっている。
【００３６】
図１０は、上記した壁厚ｄと振動腕３４の幅Ｗとの比ｄ／Ｗを横軸にとり、縦軸に圧電振動片３２−１の機械強度を測定した結果を示すグラフである。
図示されているように、ｄ／Ｗが０．２５以上となると、急激に機械強度が増加しているので、ｄ／Ｗは、少なくとも０．２５以上とすることが好ましい。
そして、振動腕の腕幅Ｗを０．１ｍｍとした時、領域４６の寸法ｄを０．０３５ｍｍとすると、機械強度は従来の３割程度以上向上して好ましい。
【００３７】
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の概略構成を示す図である。
図において、送信者の音声を受信するマイクロフォン３０８及び受信内容を音声出力とするためのスピーカ３０９を備えており、さらに、送受信信号の変調及び復調部に接続された制御部としての集積回路等でなるＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３０１を備えている。
ＣＰＵ３０１は、送受信信号の変調及び復調の他に画像表示部としてのＬＣＤや情報入力のための操作キー等でなる情報の入出力部３０２や、ＲＡＭ，ＲＯＭ等でなる情報記憶手段としてのメモリ３０３の制御を行うようになっている。このため、ＣＰＵ３０１には、圧電デバイス３０が取り付けられて、その出力周波数をＣＰＵ３０１に内蔵された所定の分周回路（図示せず）等により、制御内容に適合したクロック信号として利用するようにされている。このＣＰＵ３０１に取付けられる圧電デバイス３０は、圧電デバイス３０単体でなくても、圧電デバイス３０と、所定の分周回路等とを組み合わせた発振器であってもよい。
【００３８】
ＣＰＵ３０１は、さらに、温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）３０５と接続され、温度補償水晶発振器３０５は、送信部３０７と受信部３０６に接続されている。これにより、ＣＰＵ３０１からの基本クロックが、環境温度が変化した場合に変動しても、温度補償水晶発振器３０５により修正されて、送信部３０７及び受信部３０６に与えられるようになっている。
【００３９】
このように、制御部を備えた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振動片３２と、これらを利用した圧電デバイス３０を利用することにより、圧電振動片３２の強度を向上させつつ、ＣＩ値（抵抗値）を抑制できるので、適切な振動を実現できることから、正確なクロック信号を生成することができる。
【００４０】
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。
また、この発明は、パッケージ内、あるいは金属製の筒状のケース等に圧電振動片を収容するものであれば、圧電振動子、圧電発振器等の名称にかかわらず、全ての圧電デバイスに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電デバイスの実施形態を示す概略平面図。
【図２】図１のＢ−Ｂ線概略断面図。
【図３】図１の圧電デバイスに収容した圧電振動片の第１の実施形態の概略平面図。
【図４】図１のＣ−Ｃ線切断端面図。
【図５】図３のＤ−Ｄ線切断端面図。
【図６】溝位置に関する（Ｈ−ｈ）／Ｌの値と圧電振動片の機械強度の関係を示すグラフ。
【図７】溝位置に関する（Ｈ−ｈ）／Ｌの値と圧電振動片の抵抗値の関係を示すグラフ。
【図８】図１の圧電デバイスに収容した圧電振動片の第２の実施形態の概略平面図。
【図９】図８のＥ−Ｅ線切断端面図。
【図１０】溝位置に関するｄ／Ｗの値と圧電振動片の機械強度の関係を示すグラフ。
【図１１】本発明の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の概略構成を示す図。
【図１２】従来の圧電振動片の概略平面図。
【図１３】図１２のＦ−Ｆ線切断端面図。
【図１４】図１２のＧ−Ｇ線切断端面図。
【符号の説明】
３０・・・圧電デバイス、３２・・・圧電振動片、３４，３５・・・振動腕、３６・・・パッケージ、４４，４４・・・溝、６６・・・股部、６７・・・異形部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動片と、この圧電振動片をパッケージに収容した圧電デバイス、ならびに圧電デバイスを利用した携帯電話と電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
図１２は、このような圧電デバイスに収容される公知の圧電振動片の概略平面図である（特許文献１参照）。
【０００３】
圧電振動片３は、例えば水晶をエッチングすることにより図１２のような形状とされている。図示されているように、圧電振動片３は、基部５と、この基部５から平行に延びる一対の振動腕６，７を備える、所謂、音叉型水晶振動片で構成されている。
圧電振動片３は、図示しないパッケージ内の電極部と接合されることにより、パッケージの実装端子と電気的に接続されている。
【０００４】
そして、外部から上記パッケージの電極部を介して圧電振動片３に駆動電圧を印加することにより、振動腕６と振動腕７は矢印に示すように、その先端を互いに接近・離間させる屈曲振動が、所定の振動周波数で行われる。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】
【特許文献１】特開昭５６−６５５１７号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１２の圧電振動片３をさらに詳しく説明すると、各振動腕６，７には、それぞれ、各振動腕６，７の長さ方向に延びる溝８，９が設けられている。図１３は図１２のＦ−Ｆ線切断端面図であり、この溝は各振動腕６，７の表裏に溝８，８、溝９，９として形成されている。
【０００７】
この場合、溝８，９の端部８ａ，９ａが、股部１よりも各振動腕６，７の先端側に離れて位置する場合には、図１２の屈曲振動時に、比較的大きな変形を生じる箇所から遠くなり、溝８，９には、駆動用の電極が形成される関係から、駆動効率が低下し、抵抗値が高まる。このため、図１２に示すように、溝８，９の端部８ａ，９ａが、各振動腕６，７の間の股部１よりも深く基部５側に入り込んで設けられている。
【０００８】
ここで、圧電振動片３は、図１２のような音叉形状を形成するために、例えば水晶ウエハ等の圧電材料をエッチングする必要がある。このエッチングの際に、図１２に示す振動腕６と振動腕７との間の股部１に、図１２のＧ−Ｇ線切断端面図である図１４に示されているように、ヒレ状の異形部２が形成される。
そして、圧電振動片３の各振動腕６，７が図１２の矢印方向に屈曲振動する際には、各振動腕６，７の間の股部１付近に、他の領域と比較して大きな応力が作用する。そして、特に異形部２が形成されていることに起因して、異形部２と近接した各溝８，９の壁部８ｂ，９ｂ付近の機械強度が低下しており、この部分に上記応力が集中し、破損する場合がある。
【０００９】
本発明は、所謂音叉型の圧電振動片において、圧電材料のエッチング異方性による異形部の形成に起因して生じる機械強度の低下を防止できる構造とした圧電振動片と、このような圧電振動片を使用した圧電デバイス、ならびに圧電デバイスを利用した携帯電話と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】
上述の目的は、第１の発明によれば、エッチングによる異方性を有する圧電材料により形成されており、基部から平行に延びる同じ長さの一対の振動腕を備え、かつ前記基部の前記各振動腕の間に位置する股部を有し、前記各振動腕に、長さ方向に延びる溝を備えた音叉型の圧電振動片において、前記振動腕の長さをＬ、エッチング残りに起因して前記股部に形成される異形部の前記振動腕の長さ方向に沿った大きさをｈ、前記股部と前記溝の端部との距離をＨとすると、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．００５以上の大きさである圧電振動片により、達成される。
第１の発明の構成によれば、前記溝の前記基部側の端部が、前記基部に大きく入り込むと、前記異形部と溝部が近接し過ぎて、溝を形成する壁部の厚みが薄くなり、機械強度が低くなり、応力が集中しやすくなる。このため、前記した（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．００５以上とすれば、機械強度が向上し、圧電振動片の破損を防止することができる。
これにより、本発明によれば、所謂音叉型の圧電振動片において、圧電材料のエッチング異方性による異形部の形成に起因して生じる機械強度の低下を防止できる構造とした圧電振動片を提供することができる。
【００１１】
第２の発明は第１の発明の構成において、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．０７以下の大きさであることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、前記（Ｈ−ｈ）／Ｌを、０．０７以下の大きさとしている。すなわち、前記溝の前記基部側の端部が、前記基部に大きく入り込むと、前記異形部と溝部が近接し過ぎて、溝を形成する壁部の厚みが薄くなり、機械強度が低くなり、応力が集中しやすくなる。このため、（Ｈ−ｈ）／Ｌの値は、機械強度を向上させるためには、大きい方がよいが、一方、前記溝の前記基部側の端部が、前記基部から離れる位置、すなわち、前記異形部から振動腕の先端側に、必要以上に離間して位置すると、抵抗値が高まり、駆動効率が低下する。そこで、前記（Ｈ−ｈ）／Ｌを、０．０７以下とすることにより、機械強度も向上し、抵抗値も実用上許容できる程度に低く抑えることが可能となる。
【００１２】
第３の発明は第２の発明の構成において、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．０１２以上で０．０７以下の大きさであることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．０１２以上の大きさであれば、３割程度以上機械強度を向上させることができ、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．０７以下の大きさであれば、抵抗値も実用上許容できる程度に低く抑えることが可能となる。
【００１３】
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Ｌが１．６ｍｍ程度、前記ｈが０．０５ｍｍ以下である場合に、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．０１２以上の大きさであることを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、前記Ｌが１．６ｍｍ程度、前記ｈが０．０５ｍｍ以下である場合に、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．０１２以上の大きさとすることにより、機械強度を３割程度以上向上させることができる。
【００１４】
上述の目的は、第５の発明によれば、エッチングによる異方性を有する圧電材料により形成されており、基部から平行に延びる同じ長さの一対の振動腕を備え、かつ前記基部の前記各振動腕の間に位置する股部を有し、前記各振動腕に、長さ方向に延びる溝を備えた音叉型の圧電振動片において、エッチングによる異方性を有する圧電材料により形成されており、基部から平行に延びる同じ長さの一対の振動腕を備え、かつ前記基部の前記各振動腕の間に位置する股部を有し、前記各振動腕に、長さ方向に延びる溝を備えた音叉型の圧電振動片において、
前記溝の前記基部側の端部領域において、前記股部に近接した箇所で、少なくとも前記エッチングに起因して前記股部に形成された異形部がある側の壁の厚みを、他の領域の壁の厚みよりも厚くした圧電振動片により、達成される。
第５の発明の構成によれば、前記溝の前記基部側の端部領域において、前記股部に近接した箇所で、少なくとも前記異形部がある側の壁の厚みを、他の領域の壁の厚みよりも厚くすることにより、この溝の端部の機械強度を向上させることができ、圧電振動片の破損を防止することができる。
これにより、本発明によれば、所謂音叉型の圧電振動片において、圧電材料のエッチング異方性による異形部の形成に起因して生じる機械強度の低下を防止できる構造とした圧電振動片を提供することができる。
【００１５】
上述の目的は、第６の発明によれば、エッチングによる異方性を有する圧電材料により形成されており、基部から平行に延びる同じ長さの一対の振動腕を備え、かつ前記基部の前記各振動腕の間に位置する股部を有し、前記各振動腕に、長さ方向に延びる溝を備えた音叉型の圧電振動片をケースもしくはパッケージ内に収容した圧電デバイスであって、前記圧電振動片が、前記振動腕の長さをＬ、エッチング残りに起因して前記股部に形成される異形部の前記振動腕の長さ方向に沿った大きさをｈ、前記股部と前記溝の端部との距離をＨとすると、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．００５以上の大きさである、圧電デバイスにより、達成される。
第６の発明の構成によれば、ケースもしくはパッケージに収容された圧電振動片に関して、第１の発明と同じ作用により、その機械強度を向上させることができ、駆動の際、および外部からの衝撃に対して強い構造の圧電デバイスを得ることができる。
【００１６】
上述の目的は、第７の発明によれば、エッチングによる異方性を有する圧電材料により形成されており、基部から平行に延びる同じ長さの一対の振動腕を備え、かつ前記基部の前記各振動腕の間に位置する股部を有し、前記各振動腕に、長さ方向に延びる溝を備えた音叉型の圧電振動片をケースもしくはパッケージ内に収容した圧電デバイスであって、前記圧電振動片が、前記溝の前記基部側の端部領域において、前記股部に近接した箇所で、少なくとも前記エッチングに起因して前記股部に形成された異形部がある側の壁の厚みを、他の領域の壁の厚みよりも厚くした、圧電デバイスにより、達成される。
第７の発明の構成によれば、ケースもしくはパッケージに収容された圧電振動片に関して、第５の発明と同じ作用により、その機械強度を向上させることができ、駆動の際、および外部からの衝撃に対して強い構造の圧電デバイスを得ることができる。
【００１７】
上述の目的は、第８の発明によれば、エッチングによる異方性を有する圧電材料により形成されており、基部から平行に延びる同じ長さの一対の振動腕を備え、かつ前記基部の前記各振動腕の間に位置する股部を有し、前記各振動腕に、長さ方向に延びる溝を備えた音叉型の圧電振動片をケースもしくはパッケージ内に収容した圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、前記圧電振動片が、前記振動腕の長さをＬ、エッチング残りに起因して前記股部に形成される異形部の前記振動腕の長さ方向に沿った大きさをｈ、前記股部と前記溝の端部との距離をＨとすると、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．００５以上の大きさであ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。
【００１８】
上述の目的は、第９の発明によれば、エッチングによる異方性を有する圧電材料により形成されており、基部から平行に延びる同じ長さの一対の振動腕を備え、かつ前記基部の前記各振動腕の間に位置する股部を有し、前記各振動腕に、長さ方向に延びる溝を備えた音叉型の圧電振動片をケースもしくはパッケージ内に収容した圧電デバイスを利用した電子機器であって、前記圧電振動片が、前記振動腕の長さをＬ、エッチング残りに起因して前記股部に形成される異形部の前記振動腕の長さ方向に沿った大きさをｈ、前記股部と前記溝の端部との距離をＨとすると、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．００５以上の大きさであ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。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１ないし図３は、本発明の圧電デバイスの実施形態を示しており、図１はその概略平面図、図２は図１のＢ−Ｂ線概略断面図である。
これらの図において、圧電デバイス３０は、圧電振動子を構成した例を示しており、圧電デバイス３０は、パッケージ３６内に圧電振動片３２を収容している。パッケージ３６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形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。複数の各基板は、その内側に所定の孔を形成することで、積層した場合に内側に所定の内部空間Ｓ２を形成するようにされている。この実施形態では、パッケージ３６の厚さを最小とするために、第１の基板６１と第２の基板６４と第３の基板６８を積層して形成されており、第３の基板６８の内側の材料を除去することで、内部空間Ｓ２のスペースを形成している。
この内部空間Ｓ２が圧電振動片を収容するための収容空間である。
【００２０】
なお、圧電振動片３２を収容するパッケージとしては、上述の構造に限らず、例えば、圧電材料で形成した平たい基板の上に、圧電振動片を接合し、浅い箱状のキャップで封止するようなパッケージ等も使用することができる。
あるいは、金属製の筒状のケース内に、電極に接合された圧電振動片を挿入して封止する構成などによってもよい。
【００２１】
パッケージ３６の内部空間Ｓ２内の図において左端部付近において、内部空間Ｓ２に露出して内側底部を構成する第２の基板６４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３１，３１が設けられている。
この電極部３１，３１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３１，３１の上に導電性接着剤４３，４３が塗布され、この導電性接着剤４３，４３の上に圧電振動片３２の基部５１の幅方向両端部に設けた引き出し電極３３，３３が載置されて、導電性接着剤４３，４３が硬化されるようになっている。各引出し電極３３，３３は、後述する圧電振動片３２の励振電極にそれぞれ接続されている（図示せず）。尚、導電性接着剤４３，４３としては、接合力を発揮する接着剤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、シリコーン系、エポキシ系またはポリイミド系導電性接着剤等を利用することができる。
【００２２】
また、図２に示すように、パッケージ３６の底面のほぼ中央付近には、パッケージ３６を構成する２枚の積層基板に連続する貫通孔３７ａ，３７ｂを形成することにより、外部に開口した貫通孔３７が設けられている。この貫通孔３７を構成する２つの貫通孔のうち、パッケージ内部に開口する第１の孔３７ｂに対して、第２の孔である外側の貫通孔３７ａは、より大きな内径を備えるようにされている。これにより、貫通孔３７は、図２において下向きの段部６２を備える段つき開口とされている。この段部６２の表面には、金属被覆部が設けられていることが好ましい。
【００２３】
ここで、貫通孔３７に充填される金属製封止材３８としては、例えば、鉛を含有しない封止材が選択されることが好ましく、例えば、銀ロウ、Ａｕ／Ｓｎ合金、Ａｕ／Ｇｅ合金等から選択される。これに対応して、段部６２の表面の金属被覆部には、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を形成することが好ましい。
さらに、図２において、第２の基板６４の内側の一部を除去することにより、凹部４２が設けられている。これにより、圧電デバイス３０に外部から衝撃が加えられた場合に、圧電振動片３２の先端が矢印Ｄ方向に変位しても、この圧電振動片３２の先端がパッケージ３６の内側底部に衝突して破損することが有効に防止されている。
【００２４】
圧電振動片３２は、エッチングによる異方性を有する圧電材料を使用して形成されており、例えば単結晶の水晶が用いられる。水晶以外にも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。
図３は、第１の実施形態に係る圧電振動片３２の概略平面図であり、図３において、圧電振動片３２は、例えば、エッチングによる異方性を有する圧電材料としての水晶を音叉型に加工されて形成されている。この場合、図３に示すＸ軸が電気軸、Ｙ軸が機械軸及びＺ軸が光軸となるように水晶の単結晶から切り出されることになる。
また、圧電振動片３２は、パッケージ３６側と固定される基部５１と、この基部５１を基端として、図において上方に向けて、二股に別れて平行に延びる同じ長さの一対の振動腕３４，３５を備えており、全体が音叉のような形状とされた、所謂、音叉型圧電振動片が利用されている。
【００２５】
さらに圧電振動片３２は、好ましくは、基部５１の各振動腕３４，３５の基端部近傍に、基部５１の幅を縮幅するようにして設けたくびれ部、もしくは切欠き部４８，４８を備えている。圧電振動片３２は、この切欠き部４８，４８を備えることにより、各振動腕３４，３５からの振動の基部５１側への漏れ込みが抑制されるようになっている。
【００２６】
各振動腕３４，３５には、それぞれ長さ方向に延びる溝４４，４４を有している。この各溝４４，４４は、図１のＣ−Ｃ切断端面図である図４に示されているように、各振動腕３４，３５の表裏両面に形成されている。圧電振動片３２の基部５１の端部には、図１で説明したように、パッケージ３６の電極部３１，３１と接続するための引き出し電極３３，３３が形成されている。各引き出し電極３３，３３は、圧電振動片３２の基部５１の表裏に設けられている。これらの各引き出し電極３３，３３は、各振動腕３４，３５の溝４４，４４内に設けた励振電極と接続されている。
【００２７】
圧電振動片３２の駆動電極である励振電極は、第１の電極と第２の電極とでなっており、この第１の電極と第２の電極とは、それぞれ各引き出し電極３３，３３に接続されている（図３に図示せず）。そして、図４に示されているように、この第１の電極５４と第２の電極５５は互いに分離されているとともに、各振動腕３４，３５の領域では、各溝４４，４４とこれら振動腕３４，３５の側面部とに、電極どうしが互いに対向する位置を占めるように形成されている。
これにより、第１の電極５４と第２の電極５５に駆動電圧が印加されると、図４に矢印で示すように、電界を形成することができ、駆動電圧の周波数変化に基づいて各振動腕３４，３５に屈曲振動を生じるようになっている。
【００２８】
パッケージ３６の開放された上端には、図２の示すように、封止材３６ａを用いて蓋体３９が接合されることにより、封止されている。蓋体３９は、好ましくは、パッケージ３６に封止固定した後で、図２に示すように、外部からレーザ光ＬＢを圧電振動片３２の金属被覆部もしくは励振電極の一部（図示せず）に照射して、質量削減方式により周波数調整を行うために、光を透過する材料，特に、薄板ガラスにより形成されている。
蓋体３９として適するガラス材料としては、例えば、ダウンドロー法により製造される薄板ガラスとして、例えば、硼珪酸ガラスが使用される。
【００２９】
ここで、本実施形態の圧電振動片３２は、図３で説明したような結晶軸方位に従って、水晶ウエハをフッ酸溶液等によりウエットエッチングして、その音叉状の形態を形成すると、主として２箇所に異形部が形成される。
ひとつの異形部としては、図３や図４に現れているように、各振動腕３４，３５の図示の場合、右側側面において、各振動腕３４，３５の長さ方向に延びる凸条として形成される異形部６５，６５である。
また、エッチング工程においては、さらに、他の異形部として、振動腕３４と振動腕３５の間の股部６６において、例えば、図３および図５に示されているように、ヒレ状の異形部６７が形成される。この異形部６７に関連して、本実施形態では、各溝４４，４４の形成位置を次のような位置に定めている。
この場合、各振動腕３４，３５に関して、その溝４４，４４の構造は同じであるから、振動腕３５の溝４４に関してのみ説明する。
【００３０】
図３において、振動腕３５の長さをＬ、エッチング残りに起因して股部６６に形成される異形部６７の振動腕３５の長さ方向に沿った大きさをｈ、股部６６と溝４４の端部４５との距離をＨとすると、これらＬ，ｈ，Ｈを次の条件に適合するように定める。
具体的には、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．００５以上の大きさとする。
すなわち、図６は横軸に上記（Ｈ−ｈ）／Ｌを、縦軸に圧電振動片３２の機械強度をとったグラフであり、Ｌが１．６ｍｍ程度、ｈがほぼ０．０５ｍｍである場合において、（Ｈ−ｈ）／Ｌの変化に応じて、つまり、溝４４の端部４５の位置によって、振動腕３５の股部近傍の機械強度の変化を測定した結果を示している。
図６に示されているように、（Ｈ−ｈ）／Ｌの値が、０．００５以上では、急激に機械強度が向上している。そして、図６において、（Ｈ−ｈ）／Ｌの値が、０．０１２以上の大きさであれば、３割（３０パーセント）程度以上機械強度を向上させることができて好ましい。
【００３１】
これに対して、図７は横軸に上記（Ｈ−ｈ）／Ｌをとり、縦軸に圧電振動片３２の電気抵抗値（ｋΩ）をとったグラフである。この場合にも、Ｌが１．６ｍｍ程度、ｈがほぼ０．０５ｍｍである場合において、（Ｈ−ｈ）／Ｌの変化に応じて、つまり、溝４４の端部４５の位置によって、電気抵抗値が変化する。そして、溝４４の端部４５の位置が、基部５１から離れる程電気抵抗値は高くなる。
図７によると、（Ｈ−ｈ）／Ｌが０．０７以下の大きさであれば、抵抗値も実用上許容できる程度に低く抑えることが可能となる。
したがって、圧電振動片３２に溝４４を形成する場合に、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．００５以上となるようにすれば、機械強度が向上し、圧電振動片の破損を防止することができる。
これにより、所謂音叉型の圧電振動片において、圧電材料のエッチング異方性による異形部の形成に起因して生じる機械強度の低下を防止できる構造とした圧電振動片を提供することができる。
【００３２】
さらに、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．０７以下の大きさであると抵抗値を実用上許容できる程度に低く抑えることが可能となる。さらに好ましくは、このため、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．０１２以上で０．０７以下の大きさとすることで、機械強度を３割程度以上向上させつつ、抵抗値も実用上許容できる程度に低く抑えることが可能となる。
【００３３】
そして、前記Ｌが１．６ｍｍ程度、前記ｈが０．０５ｍｍ以下である場合には、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．０１２以上の大きさとすることで、機械強度を３割程度以上向上させることができる。
【００３４】
図８は、第２の実施形態の圧電振動片３２−１の概略平面図、図９は図８のＥ−Ｅ線切断端面図である。これらの図において、第１の実施形態と共通する構成には同一の符号を付して重複する説明は省略し、以下、相違点を中心に説明する。
図８において、圧電振動片３２−１の振動腕３４の上幅をＷとする（振動腕３５の腕幅も同じ）。各振動腕３４，３５の溝４４，４４は、それぞれ基部５１側の端部に、他の領域の壁の厚みよりも厚くした領域４６，４６が設けられている。
【００３５】
つまり、この実施形態では、各溝４４，４４の基部５１側の端部を、基部５１に入り込む側に延長して、圧電振動片３２の電気抵抗値を低くするようになされている。
しかも、この延長した領域は、図９に示すように、溝４４の少なくとも、異形部６７側の壁部４４ａ，４４ａの厚みｄ，ｄを、他の領域よりも厚くすることにより、この部分の機械強度を向上させるようになっている。
【００３６】
図１０は、上記した壁厚ｄと振動腕３４の幅Ｗとの比ｄ／Ｗを横軸にとり、縦軸に圧電振動片３２−１の機械強度を測定した結果を示すグラフである。
図示されているように、ｄ／Ｗが０．２５以上となると、急激に機械強度が増加しているので、ｄ／Ｗは、少なくとも０．２５以上とすることが好ましい。
そして、振動腕の腕幅Ｗを０．１ｍｍとした時、領域４６の寸法ｄを０．０３５ｍｍとすると、機械強度は従来の３割程度以上向上して好ましい。
【００３７】
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の概略構成を示す図である。
図において、送信者の音声を受信するマイクロフォン３０８及び受信内容を音声出力とするためのスピーカ３０９を備えており、さらに、送受信信号の変調及び復調部に接続された制御部としての集積回路等でなるＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３０１を備えている。
ＣＰＵ３０１は、送受信信号の変調及び復調の他に画像表示部としてのＬＣＤや情報入力のための操作キー等でなる情報の入出力部３０２や、ＲＡＭ，ＲＯＭ等でなる情報記憶手段としてのメモリ３０３の制御を行うようになっている。このため、ＣＰＵ３０１には、圧電デバイス３０が取り付けられて、その出力周波数をＣＰＵ３０１に内蔵された所定の分周回路（図示せず）等により、制御内容に適合したクロック信号として利用するようにされている。このＣＰＵ３０１に取付けられる圧電デバイス３０は、圧電デバイス３０単体でなくても、圧電デバイス３０と、所定の分周回路等とを組み合わせた発振器であってもよい。
【００３８】
ＣＰＵ３０１は、さらに、温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）３０５と接続され、温度補償水晶発振器３０５は、送信部３０７と受信部３０６に接続されている。これにより、ＣＰＵ３０１からの基本クロックが、環境温度が変化した場合に変動しても、温度補償水晶発振器３０５により修正されて、送信部３０７及び受信部３０６に与えられるようになっている。
【００３９】
このように、制御部を備えた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振動片３２と、これらを利用した圧電デバイス３０を利用することにより、圧電振動片３２の強度を向上させつつ、ＣＩ値（抵抗値）を抑制できるので、適切な振動を実現できることから、正確なクロック信号を生成することができる。
【００４０】
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。
また、この発明は、パッケージ内、あるいは金属製の筒状のケース等に圧電振動片を収容するものであれば、圧電振動子、圧電発振器等の名称にかかわらず、全ての圧電デバイスに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電デバイスの実施形態を示す概略平面図。
【図２】図１のＢ−Ｂ線概略断面図。
【図３】図１の圧電デバイスに収容した圧電振動片の第１の実施形態の概略平面図。
【図４】図１のＣ−Ｃ線切断端面図。
【図５】図３のＤ−Ｄ線切断端面図。
【図６】溝位置に関する（Ｈ−ｈ）／Ｌの値と圧電振動片の機械強度の関係を示すグラフ。
【図７】溝位置に関する（Ｈ−ｈ）／Ｌの値と圧電振動片の抵抗値の関係を示すグラフ。
【図８】図１の圧電デバイスに収容した圧電振動片の第２の実施形態の概略平面図。
【図９】図８のＥ−Ｅ線切断端面図。
【図１０】溝位置に関するｄ／Ｗの値と圧電振動片の機械強度の関係を示すグラフ。
【図１１】本発明の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の概略構成を示す図。
【図１２】従来の圧電振動片の概略平面図。
【図１３】図１２のＦ−Ｆ線切断端面図。
【図１４】図１２のＧ−Ｇ線切断端面図。
【符号の説明】
３０・・・圧電デバイス、３２・・・圧電振動片、３４，３５・・・振動腕、３６・・・パッケージ、４４，４４・・・溝、６６・・・股部、６７・・・異形部。
Claims (9)
- エッチングによる異方性を有する圧電材料により形成されており、基部から平行に延びる同じ長さの一対の振動腕を備え、かつ前記基部の前記各振動腕の間に位置する股部を有し、前記各振動腕に、長さ方向に延びる溝を備えた音叉型の圧電振動片において、
前記振動腕の長さをＬ、エッチング残りに起因して前記股部に形成される異形部の前記振動腕の長さ方向に沿った大きさをｈ、前記股部と前記溝の端部との距離をＨとすると、
（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．００５以上の大きさである
ことを特徴とする、圧電振動片。 - （Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．０７以下の大きさであることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動片。
- （Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．０１２以上で０．０７以下の大きさであることを特徴とする請求項２に記載の圧電振動片。
- 前記Ｌが１．６ｍｍ程度、前記ｈが０．０５ｍｍ以下である場合に、（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．０１２以上の大きさであ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。
- エッチングによる異方性を有する圧電材料により形成されており、基部から平行に延びる同じ長さの一対の振動腕を備え、かつ前記基部の前記各振動腕の間に位置する股部を有し、前記各振動腕に、長さ方向に延びる溝を備えた音叉型の圧電振動片において、
前記溝の前記基部側の端部領域において、前記股部に近接した箇所で、少なくとも前記エッチングに起因して前記股部に形成された異形部がある側の壁の厚みを、他の領域の壁の厚みよりも厚くした
ことを特徴とする、圧電振動片。 - エッチングによる異方性を有する圧電材料により形成されており、基部から平行に延びる同じ長さの一対の振動腕を備え、かつ前記基部の前記各振動腕の間に位置する股部を有し、前記各振動腕に、長さ方向に延びる溝を備えた音叉型の圧電振動片をケースもしくはパッケージ内に収容した圧電デバイスであって、
前記圧電振動片が、
前記振動腕の長さをＬ、エッチング残りに起因して前記股部に形成される異形部の前記振動腕の長さ方向に沿った大きさをｈ、前記股部と前記溝の端部との距離をＨとすると、
（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．００５以上の大きさである
ことを特徴とする、圧電デバイス。 - エッチングによる異方性を有する圧電材料により形成されており、基部から平行に延びる同じ長さの一対の振動腕を備え、かつ前記基部の前記各振動腕の間に位置する股部を有し、前記各振動腕に、長さ方向に延びる溝を備えた音叉型の圧電振動片をケースもしくはパッケージ内に収容した圧電デバイスであって、
前記圧電振動片が、
前記溝の前記基部側の端部領域において、前記股部に近接した箇所で、少なくとも前記エッチングに起因して前記股部に形成された異形部がある側の壁の厚みを、他の領域の壁の厚みよりも厚くした
ことを特徴とする、圧電デバイス。 - エッチングによる異方性を有する圧電材料により形成されており、基部から平行に延びる同じ長さの一対の振動腕を備え、かつ前記基部の前記各振動腕の間に位置する股部を有し、前記各振動腕に、長さ方向に延びる溝を備えた音叉型の圧電振動片をケースもしくはパッケージ内に収容した圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、
前記圧電振動片が、
前記振動腕の長さをＬ、エッチング残りに起因して前記股部に形成される異形部の前記振動腕の長さ方向に沿った大きさをｈ、前記股部と前記溝の端部との距離をＨとすると、
（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．００５以上の大きさであ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。 - エッチングによる異方性を有する圧電材料により形成されており、基部から平行に延びる同じ長さの一対の振動腕を備え、かつ前記基部の前記各振動腕の間に位置する股部を有し、前記各振動腕に、長さ方向に延びる溝を備えた音叉型の圧電振動片をケースもしくはパッケージ内に収容した圧電デバイスを利用した電子機器であって、
前記圧電振動片が、
前記振動腕の長さをＬ、エッチング残りに起因して前記股部に形成される異形部の前記振動腕の長さ方向に沿った大きさをｈ、前記股部と前記溝の端部との距離をＨとすると、
（Ｈ−ｈ）／Ｌが、０．００５以上の大きさであ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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