JP2006262443A - 圧電振動子、表面実装型圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計 - Google Patents

Abstract

【課題】 電気絶縁性を損なうことなく、より小型化できるとともに、振動片のリードへのマウント精度及びマウント強度を向上させ、振動特性の安定化が図れる圧電振動子を提供する
【解決手段】 ２本のリードを有する気密端子と、前記リードに接合された振動片と、前記振動片の周囲を覆い前記気密端子の外周部で密閉するケースと、を有し、前記リードと固定する前記振動片のマウント部に段差を設けた圧電振動子とする。これにより、リードとケース間の距離及び２本のリード間の距離を維持したまま、振動片のマウント位置がケース中心に寄り、ケースと振動片とのクリアランスを大きく確保でき、かつ小型化した圧電振動子とすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、本発明は、圧電体からなる振動片を有する圧電振動子、表面実装型圧電振動子、及びそれらの圧電振動子、表面実装型圧電振動子を用いた発振器、電子機器並びに電波時計に関する。

圧電振動子は、民生機器や産業機器を問わず、通信機器や計測機器等の様々な電子機器の分野で使われている。近年はこれらの機器の小型化、薄型化、軽量化に伴い、圧電振動子に対しても小型化、薄型化、軽量化が強く求められている。

圧電振動子を小型化するにあたって、シリンダー型とも呼ばれる円筒状のケースで密閉した圧電振動子の場合、圧電振動子内部に搭載する振動片の、気密端子を貫通するリードへのマウント精度が課題となっている。

図１７は、従来のシリンダー型圧電振動子の一例を示す図であり、図１７（ａ）は、円筒状のケースを縦に切断して内部構造を示した図、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）に示す切断線ＪＪにおける拡大断面図である。

図１７（ａ）に示すように、シリンダー型圧電振動子１’は、２本のリード１２を貫通させてガラス充填材などで固着保持する気密端子１３と、リード１２に接合された振動片１０’と、振動片１０’の周囲を覆い気密端子１３の外周部で密閉するケース１６’とで構成されている。振動片１０’は、圧電体である水晶からなり、水晶ウエハの状態からフォトリソグラフィー技術を用いて、音叉型に加工される。振動片１０’とリード１２との接合は、振動片１０’のマウント部１１’で行われている。気密端子１３の外周部は、金属環となっておりメッキが施され、金属製のケース１６’の内周部と圧入嵌合されている。尚、このシリンダー型圧電振動子のことを、これ以後、単に圧電振動子と称することとする。

図１７（ｂ）に示すように、圧電振動子の小型化に伴ってケース１６’の内径は小さくなっていくため、ケース１６’内の振動片１０’とケースの内壁面１５との隙間は非常に小さい。この原因の一つとして、気密端子１３を貫通する２本のリード１２の径方向位置の問題がある。

図１７（ｂ）からも分かるように、２本のリード１２それぞれの線径中心を結ぶ線は、ケース１６’の中心、すなわち気密端子１３の中心を通過する。これら２本のリード１２がケース１６’の中心に配置される構成となっているため、これらのリード１２の側面に接合される振動片１０’は、ケース１６’の中心から外れることになる。

この問題を解決する手段として、２本のリード１２それぞれの線径中心を結ぶ線の中心を気密端子１３の中心から偏心させる例が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、リード１２が気密端子１３の外周部に近づくと、気密端子１３の外周部が金属環であるため、絶縁不良を招くおそれがある。特許文献１に開示されている例の場合では、２本のリード１２の互いの間隔がリード１２の線径の４〜５倍程度と大きい。このため、リード１２が金属環に近づく分、２本のリード１２の互いの間隔を詰めることによって絶縁不良を防止できる可能性があるが、小型化がより進んでいる図１７に示すような圧電振動子１’では、その間隔もリード１２のほぼ１本の線径分しかなく、これ以上間隔を詰めることは困難である。

また、振動片１０’が、ケース１６’の中心から外れることの別の解決手段として、振動片１０’のマウント部１１’に接合されるリード１２の側面に斜面を形成させたり、リード１２を曲げたりする例が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。

しかしながら、細いリード１２に所望の角度の斜面を設けたり、所望の角度で曲げたりすることは、高精度で高額な加工装置が必要となる。また、振動片１０’をマウントする際にも高精度で高額な組み立て装置が必要となる。

圧電振動子１’の外観形状が小型になるにつれて圧電振動子１’内部の各部材の寸法も小さくする必要がある。振動片１０’とリード１２とのマウント面積が小さくなり、マウント強度を保つことができず、周波数、ＣＩ値のバラツキなどの特性にも悪影響を与えるという問題もある。

このため、圧電振動子１’内部のリード１２へ振動片１０’をマウントする精度も厳しいものが要求される。従来の技術では、図１７（ｂ）に示すように、振動片１０’のマウント部１１’が段差のない平面で構成されていたため、リード１２と振動片１０’の固着される位置は、それぞれを保持する治具の精度に依存していた。保持治具内部のあそびが多いと位置がばらつき、振動片の左右へのずれや、傾きが生じる。

この問題に対するひとつの解決策として、水晶振動片の基端部に凹部を設けインナーリードの位置決めをする例が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。

但し、この例は、ＡＴカット圧電振動子のような圧電振動子内部に余裕のある空間を持つ大型の圧電振動子の場合であり、より小型の圧電振動子１’にて高精度なマウントを行うためには不十分である。

圧電振動子１’の形状が大きければケース１６’の内壁面１５の径も大きくなるため、上記の振動片１０’の左右へのずれや、傾きも許容される値が大きかったが、圧電振動子の小型化に伴って内壁面１５の径が小さくなると、振動片１０’の左右へのずれや傾きに対する許容値が少なくなる。この許容値をこえて振動片１０’がリード１２へマウントされた場合は、振動片１０’がケース１６’の内壁面１５に接触し、発振不良等の不具合が生じるという問題がある。

また、振動片１０’は、リード１２を介して外部の発振回路に接続され、固有の周波数で励振されるが、このとき振動片１０’の振動エネルギーがリード１２を伝わり外部へ漏れることがある。振動エネルギーが外部へ漏れるとエネルギーの閉じ込めが不十分となり、等価抵抗の上昇や周波数の変化を引き起こす。これらの不具合を回避するために、これまで、振動片１０’やリード１２の形状や寸法などに対して振動エネルギーの漏れが少なくなるように、例えば、振動片１０’の基部の寸法を振動部分に比べて大きくしたり、基部の側面にくびれを入れたり等の様々な工夫をくわえてきている。

しかしながら、圧電振動子１’が小型になるにつれ振動片１０’の寸法も小型になるために、前述のような振動エネルギーの漏れを防止するための形状や寸法上の工夫が取りにくくなってきている。加えて、振動エネルギーの漏れを最小限にできる良好なマウントエリアも従来にくらべて狭いものとなってくるために、小型になるほど振動片１０’のリード１２へのマウント位置精度がより重要となる。
特開２０００−１６５１８２号公報 特開２００１−１５６５７４号公報 特開２００２−２０４１４０号公報 （図１）

上述したように、従来の圧電振動子では、振動片が中心から外れているため、振動片とリードのマウント位置のバラツキにより、ケースに振動片が接触して特性不良となることがある。また、振動片とケースとのクリアランスの少ないものが製品として出荷された後に、落下などの衝撃等によって不具合を起こすことがある。特に部品への小型化が求められている近年では、更に振動片とケースとのクリアランス確保が課題となっている。また、小型化により振動片とリード１２とのマウント面積が小さくなりマウント強度を保つことができず、周波数、ＣＩ値のバラツキなどの特性にも悪影響を与えるという問題があった。

上記問題点に鑑み、本発明は、電気絶縁性を損なうことなくより小型化できるとともに、振動片のリードへのマウント精度及びマウント強度を向上し振動特性の安定化が図れ、安価に製造できる圧電振動子を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明における第１の構成は、２本のリードを有する気密端子と、前記リードに接合された振動片と、前記振動片の周囲を覆い前記気密端子の外周部で密閉するケースと、を有する圧電振動子であって、前記リードと固定する前記振動片のマウント部に段差が設けられている圧電振動子とした。
前記段差の深さは、前記振動片の厚さの２０％以上かつ７０％以下であることが好ましい。また、前記段差は、前記振動片の片面に前記リードに対応させて２箇所設けても良いし、前記振動片の両面にそれぞれ１箇所ずつ設けても良い。片面に２箇所の段差を設けた場合には、前記気密端子の中心軸に対して、前記２本のリードそれぞれの線径中心を結ぶ線分の中心を偏心させるとなお良い。両面に段差を設けた場合には、前記振動片を２本の前記リード間に挟むように接合することができる。

また、本発明における第２の構成は、２本のリードを有する気密端子と、前記リードに接合された振動片と、前記振動片の周囲を覆い前記気密端子の外周部で密閉するケースと、を有する圧電振動子であって、前記リードと前記振動片とのマウント部において、前記リードは平面部を有し、前記振動片は薄肉部を有する圧電振動子とした。
前記薄肉部の厚さは、前記振動片の厚さの３０％以上かつ８０％以下とすることが好ましい。また、前記薄肉部は、前記振動片の片面にのみ段差を有するように形成しても良いし、前記振動片の両面にそれぞれ段差を有するように形成しても良い。片面にのみ段差を有する薄肉部の場合には、前記気密端子の中心軸に対して、前記２本のリードそれぞれの線径中心を結ぶ線分の中心を偏心させるとなお良い。両面に段差を有する薄肉部の場合には、前記振動片を２本の前記リード間に挟むように接合することができる。

さらに、本発明における第３の構成は、２本のリードを有する気密端子と、前記リードに接合された振動片と、前記振動片の周囲を覆い前記気密端子の外周部で密閉するケースと、を有する圧電振動子であって、前記リードと前記振動片とのマウント部において、前記リードの端面と前記振動片の端面とが突き合わされるように接合されている圧電振動子とした。前記マウント部においては、２本の前記リードの側面に平面部を設け、該平面部間に前記振動片を挟むように接合しても良い。

また、本発明における第４の構成は、上記第１乃至第３の構成のいずれかの圧電振動子の表面を覆うモールド樹脂と、該モールド樹脂から一部が露出する外部電極端子とを有する表面実装型圧電振動子とした。

また、本発明における第５の構成は、上記第１乃至第３の構成のいずれかの圧電振動子、または、上記第４の構成の表面実装型圧電振動子を発振子として集積回路に接続した発振器とした。

また、本発明における第６の構成は、上記第１乃至第３の構成のいずれかの圧電振動子、または、上記第４の構成の表面実装型圧電振動子を計時部に接続した電子機器とした。

また、本発明における第７の構成は、上記第１乃至第３の構成のいずれかの圧電振動子、または、上記第４の構成の表面実装型圧電振動子をフィルター部に接続した電波時計とした。

本発明の第１の構成によれば、振動片のマウント部に段差を設けたことにより、振動片と該振動片を搭載するリードの取り得る位置が制限されるため、ずれや倒れの量が少なくなりマウント精度が向上する。これにより、圧電振動子の寸法を小型化した場合でも、振動片がケース内壁面に接触することを防止できる。さらに、マウント精度が向上するため振動エネルギーの外部への漏れ量のばらつきを抑えられ、圧電振動子の等価抵抗や周波数の安定化が図れる。また、前記段差を設けたことで振動片は気密端子の中心軸に近づき、気密端子外周部とリードとの間、及び２本の互いのリード間での電気絶縁性を確保したまま、圧電振動子の小型化がより容易となる。あわせて、振動片とリードの接触する面積が広がるため、固着性が高くなりマウント強度が向上し、圧電振動子の耐衝撃性を高めることができる。

本発明の第２の構成によれば、リードと振動片とのマウント部において、リードに平面部を設け、かつ振動片に薄肉部を設けたことにより、より一層、振動片をケース中心に寄せることができ、ケース内壁面と振動片とのクリアランスを十分に確保できる。また、振動片の小型化によって振動片とリードのマウント面積が小さくなっても、リードに設けた平面部と振動片の平面部とのフラット面同士で固定されるため、マウント強度が向上する。

上記第１の構成や第２の構成において、振動片の両面に段差を設け、２本のリードで振動片を挟むように接合することにより、振動片をケース中心に配置でき、ケース内壁面と振動片とのクリアランスを最大にできる。また、ケース内径をより小さくすることが可能となる。さらに、振動片を２本のリード間に挟んだため回転対称のバランスの良い構造となり、マウント時の熱により生じる振動片の残留応力が均一化され発振周波数特性などの安定性が向上する。

本発明の第３の構成によれば、リードの端面と振動片の端面とが突き合わされるように接合する構造としたことにより、振動片をケースの中心に配置できると共に、振動片のリード接合部における長手方向位置のバラツキがなくなる。従って、振動片の側面とケース内壁面とのクリアランスのみならず、振動片先端とケース底面とのクリアランスをも最小限に設定することができ、圧電振動子の一層の小型化が図れる。また、リードの側面に平面部を設け振動片を挟むように接合する構造は、フラット面同士で固定されるため、マウント強度が向上し、耐衝撃性が一層向上する。

上述したように本発明の圧電振動子は、小型化することによっても従来方法より振動片のマウント位置が安定してケースのクリアランスを大きく確保でき、さらにマウント強度が向上する。したがって、振動片とケースとの接触による特性不良及び周波数、ＣＩ値のバラツキなどの特性バラツキを低減することができる。

本発明の第４の構成によれば、上記第１乃至第３のいずれかの構成の圧電振動子を用いた表面実装型圧電振動子としたことにより、リフロー半田に適した信頼性の高い小型の表面実装型圧電振動子を提供できる。

本発明の第５乃至第７の構成によれば、上記の圧電振動子や表面実装型圧電振動子を各種電子機器に用いることにより、それら電子機器も小型化でき信頼性が向上する。

以下、本発明に係る具体的な実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。

図１及び図２は、第１の実施形態に係る圧電振動子の例を示す図であり、図１（ａ）は、円筒状のケースを縦に切断して内部構造を示した図、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す切断線ＡＡにおけるマウント部の拡大断面図である。図２は、図１に示した振動片のマウント部の詳細を示す斜視図である。

図１（ａ）に示すように、圧電振動子１は、２本のリード１２を有する気密端子１３と、このリード１２に接合された振動片１０と、振動片１０の周囲を覆い気密端子１３の外周部で密閉するケース１６とで構成されている。振動片１０のあるケース１６の内部は、真空に気密封止されている。

２本のリード１２は、低炭素鋼（Ｆｅ）、鉄ニッケル合金（Ｆｅ−Ｎｉ）や鉄ニッケルコバルト合金（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）等の導電性材料の線材からなり、所定の長さに切断されている。

気密端子１３は、金属製リング状のステムとも呼ばれる胴体部分と、この胴体部分を貫通する２本のリード１２、及びそれらを互いに電気的絶縁を保ちながら機械的に固着する封着ガラスとで構成されている。胴体部分とリード１２の表面には、ハンダメッキが施されている。このハンダメッキのハンダは、鉛フリーへの対応のため錫銅合金（Ｓｎ−Ｃｕ）を用いているが、錫鉛合金（Ｓｎ−Ｐｂ）でも良い。

振動片１０は、圧電体材料として水晶を用いて音叉型に形成してある。図１（ａ）に示すこの音叉型の水晶振動片１０において、上下に２本平行に並んでいる部分が振動腕であり、その振動腕の下部のマウント部１１が形成されている部分が基部である。振動片１０は、この実施例では厚さがおよそ５０μｍであるが、２００μｍ程度までの範囲で形成可能である。

振動片１０の表面には、該振動腕を振動させるための励振電極（図示せず）が、２本の振動腕部それぞれに形成されている。また、この励振電極に電流を流すために、２本のリード１２それぞれに電気的に接続するためのマウント電極（図示せず）が、マウント部１１に２箇所１対で形成されている。これら励振電極やマウント電極は、クロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）の薄膜で形成されているが、アルミニウム（Ａｌ）の薄膜でも良い。

円筒状のケース１６は金属製であり、一方の端部には底があり、他方の端部は開放されている。その開放端は、気密端子１３のハンダメッキが施されているステム外周を圧入嵌合可能な内径寸法で形成されている。このケース１６の外径Ｄは圧電振動子１の直径となり、様々な大きさのものがあるが、本実施例に示すものはおよそ１．０ｍｍである。近年、ますます圧電振動子の小型化が求められているが、音叉型水晶振動子においてはこの直径１．０ｍｍを達成するのは容易ではない。

ここで、振動片１０のマウント部１１について詳細に説明する。
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、振動片１０の基部にあるマウント部１１には段差が形成されている。この段差は、振動片１０の振動腕部の厚さよりも薄い薄肉部１４を構成するために形成したものであり、振動片の位置を圧電振動子１の中心部に近づけることができる。図１（ｂ）からも明らかなように、振動片１０の横断面における下側の２箇所の角部は、ケース１６の内壁面１５からの距離が従来より大きくなっている。

ここで、図２を参照して、薄肉部１４をマウント部１１に形成させる段差の定義について述べる。
図２に示すように、マウント部は、その外形が厚さｔ１、基部幅ｂで形成されている。マウント部１１には厚さｔ２の薄肉部１４が形成されており、この薄肉部１４の表面に２本のリード１２が接合される。厚さｔ１から薄肉部１４の厚さｔ２を差し引いた長さ寸法ｇが段差となる。

段差ｇは、振動片１０の厚さｔ１に対して２０％以上とし、かつ７０％以下の寸法を設定する。すなわち、本実施例のようにｔ１が５０μｍの場合には、段差ｇは、１０μｍから３５μｍの範囲内で設定する。段差ｇが、振動片１０の厚さｔ１に対して２０％未満の場合では浅過ぎるために、振動片１０の長手方向に関するリード１２の位置を制限する効果が減少してしまう。また、振動片１０の厚さｔ１に対して７０％を超える場合では段差が深過ぎ、リード１２の位置制限効果は大きいが加工時間の増加とマウント部１１自体の強度低下が生じてしまう。

実際の段差ｇの設定にあたっては、気密端子１３の２本のリード１２の円筒側面に振動片１０を接合することを考え、薄肉部１４の強度確保を前提条件として、振動片１０の音叉腕の先端部がケース１６の内壁面１５に接触することがない寸法とする。なお、段差ｇを設定する代わりに、薄肉部１４の厚さｔ２を設定するようにしても良い。薄肉部１４の厚さｔ２で管理する場合は、ｔ２を振動片１０の厚さｔ１に対して３０％以上とし、かつ８０％以下とする。

次に、この振動片１０の製造方法を説明する。
振動片１０の製造工程においては、まず、水晶のランバード原石を、所定の切断角度になるように、Ｘ線回折法を援用してワークテーブルに設定する。次に、例えばワイヤソー等の切断装置により、水晶原石をスライスして、略２００μｍの厚みに切断し水晶ウエハとする。切断には、通常遊離砥粒が慣用され、また、切断用のワイヤーは線径が例えば１６０μｍ程度の高炭素鋼線が用いられる。

次に、水晶ウエハは一定の厚みになるまで研磨を行う。研磨は通常、粒径の粗い遊離砥粒で粗ラッピングが行われ、次に粒径の細かい遊離砥粒の仕上げのラッピングが行われる。この後、表面をエッチングして、加工変質層を除去した後に、ポリッシュ加工を行い、所定の厚さと所定の平面度を持つ鏡面に仕上げる。水晶ウエハの厚さは、振動片１０の小型化とともに薄くなり、振動片の全長が略１６００μｍの場合に略５０μｍとなる。

続いて、水晶ウエハを純水または超純水で洗浄し乾燥した後、スパッタリングなどで、マスク用の金属薄膜を所定の膜厚に堆積させる。この金属薄膜は、クロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）の積層膜が慣用され、ウエハの両面に堆積させる。

次に、フォトリソグラフィー技術により、振動片１０の外形を音叉型に形成する。具体的には、レジストを塗布後に、外形用マスクで両面を露光し、現像を行い、外形のレジストパターンを得る。この後、エッチング液で不要な金属パターンを除去して金属のマスクパターンを得る。レジストを除去後、フッ酸系の水溶液で水晶をエッチングして、水晶ウエハ上に複数の外形を形成する。この外形形成の際に、振動片１０のマウント部１１には図２に示したような段差ｇを有する薄肉部１４も同時に形成される。

通常、圧電振動子の小型化に伴い、振動腕１本の幅と振動腕の厚さｔの比（振動腕幅／振動腕の厚さｔ）は、小さな数値になってくる。特に、この比が、１．０より小さくなると、音叉型圧電振動子の振動腕に対する電界効率が低下し、圧電振動子の共振抵抗値が増加し、例えば１００ｋΩを越す値になり圧電振動子として望ましくない。この対策として、電解効率を高めて共振抵抗値を下げる目的で、振動腕に図示しない溝を形成しても良い。外形や溝の形成方法は、フォトリソグラフィー技術の他にも微細な砥粒を用いたマイクロブラスト法やドライエッチング法などがあり、いずれの方法で行っても良い。

このように、振動片１０の外形を形成した後、あるいは外形と溝を形成した後、マスクとして用いた金属薄膜を一旦すべて剥離する。剥離後に、もう一度、水晶ウエハの両面に、所定の膜厚で電極膜となる金属薄膜をスパッタリング等で所定の膜厚に堆積させる。この導電性の金属薄膜の材料は、外形形成用の金属薄膜と同じであり、クロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）の積層膜である。成膜方法は、スパッタリング以外に蒸着法やメッキによる方法も可能である。前述した、溝が形成されている場合は、溝の内面にも成膜させる。

電極膜を堆積後、前述の外形形成工程と同様にフォトリソグラフィー技術を用いて、電極膜のパターンを形成する。この電極膜パターン形成の際に、振動腕には励振電極が、マウント部１１の薄肉部１４の表面にはマウント電極が、それぞれ極性別に同時に形成される。マウント電極の材料として、クロム（Ｃｒ）を下地とした金（Ａｕ）膜でも良いが、後工程でハンダ付けする場合にはハンダ濡れ性を考慮して、下地のクロム（Ｃｒ）の表面にニッケルとクロムの合金（ＮｉＣｒ）膜をスパッタリングで形成しても良い。

電極膜のパターンが形成された水晶ウエハは、次に、振動腕の先端領域に重り用の膜を数μｍの厚さに形成する。重り用の膜の材料としては、クロムや銀あるいは金の積層膜が慣用される。

次は、周波数調整工程（粗調）である。大気中で重り部にレーザーなど照射して、発振周波数を計測しながら、前工程で堆積させた重り膜の一部を蒸発させ、所定の範囲に周波数を合わせこむ。

周波数調整後、水晶ウエハの超音波洗浄を実施し、周波数調整などで発生した膜の残滓や付着異物を除去する。上述の工程により、振動片１０を複数有する水晶ウエハが完成する。そして、水晶ウエハの状態から個々の振動片１０に切断分離する。

次に、切断分離された振動片１０を用いて図１（ａ）に示す圧電振動子１を組み立てる圧電振動子組立工程について説明する。

まず、気密端子１３のリード１２に振動片１０を接合するマウント工程である。マウント工程では、予め気密端子１３をパレットと称する整列治具に複数整列保持させておく。整列された状態の気密端子１３のリード１２の側面に、切断分離された振動片１０の薄肉部１４を接合することとなる。接合方法は、リード１２に施されているハンダメッキを、振動片１０の薄肉部１４に形成した電極膜と接触させた状態で加熱溶融させる方法や、導電性接着剤を用いる方法などがある。

上記の振動片１０の薄肉部１４とリード１２の側面を接合することにより、振動片１０をケース１６の中心位置に非常に近く配置することができ、ケース１６の内壁面１５から遠ざけることができる。

その後、振動片１０の振動腕に予めつけられた金属膜をレーザーによりトリミングし周波数の調整（微調）を行う。さらに、真空又は窒素雰囲気中でケース１６と気密端子１３を嵌合し、内部の振動片１０を気密に封止する。このようにして圧電振動子が製造される。

前述した振動片１０の薄肉部１４がリード１２に接合されることにより、振動片１０がケース１６の中心位置に近く配置され、振動片１０とリード１２の取り得る長手方向位置も制限される。従って、小型化された圧電振動子の場合でも、振動片１０とケース１６の内壁面１５が接触することを防止できる。また、マウントの位置精度が向上するため振動エネルギーの外部への漏れ量のばらつきが抑えられ、圧電振動子１の等価抵抗や周波数の安定化が図れる。

次に、本第１の実施形態に係る第１の変形例について図面を基に説明する。
図３及び図４は、第１の実施形態に係る圧電振動子の変形例を示す図であり、図３（ａ）は、円筒状のケースを縦に切断して内部構造を示した図、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す切断線ＢＢにおけるマウント部の拡大断面図である。図４は、図３に示した振動片のマウント部の詳細を示す斜視図である。これら図３及び図４に示す圧電振動子では、前述の実施例で説明した構成要素の符号と同じ名称のものには同じ符号を付けてある。

図３及び図４に示す変形例が前述した実施例と異なる点は、振動片１０のマウント部１１に関わる部分のみである。他の部分は共通であり、その共通部分の説明は省略する。
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、この圧電振動子１の変形例では、振動片１０のマウント部１１に、２本のリード１２それぞれに対応するように２つの薄肉部１４を備えている。前述の実施例でのマウント部１１では、片面にのみ段差ｇを形成させ、１つの薄肉部１４に２本のリード１２を接合していた。

図３（ｂ）に示すように、この振動片１０のマウント部１１は、２本のリード１２に挟まれる中央部は元の板厚のまま形成されている。先の実施例のように、マウント部１１のほぼ全面に段差を設けて広いとすることなく、この２本のリード１２に対応する部位にのみ段差ｇを設けて２箇所の薄肉部１４とすることにより、振動片１０の長手方向のみならず、基部幅ｂ方向に対する位置決めも正確にできるようになる。従って、振動片のマウント位置精度が向上するため、振動エネルギーの外部への漏れ量のばらつきが抑えられ、圧電振動子の等価抵抗や周波数の安定化が図れる。但し、振動片１０の基部幅ｂ方向に対する位置決め精度を確保するには、この２箇所の段差ｇは、振動片１０の厚さｔ１に対してそれぞれ２０％以上７０％以内の深さとし、リード１２の直径の３０％から１００％が段差ｇの内部に収まるように形成することが好ましい。

図４に示すように、この変形例の振動片１０では、２本のリード１２それぞれに個別に接続するように、中央部に元の厚みt１を残したまま段差ｇを設定し厚さｔ２の薄肉部１を４２箇所設けている。これにより、振動片１０が折れにくくなるため取扱いが容易になる。また、中央部に元の厚みｔ１を残すことにより、段差ｇの高さを有する側壁が形成される。これにより、１本のリード１２の側面に対して薄肉部１４の平面と、切り立った側壁との２面で接合できることとなり、接合面積が拡大し接合強度をより強く確保することができる。

尚、振動片１０の元の厚みｔ１で、段差ｇの高さを有する側壁には、実施例で説明したマウント電極が同じ方法で形成可能である。

さらに、第１の実施形態に係る第２の変形例について図５を基に説明する。
図５は、第１の実施形態に係る圧電振動子の第２の変形例を示す図であり、図１に示す切断線ＡＡ及び図３に示す切断線ＢＢと同じ切断箇所での拡大断面図である。この第２の変形例においても、前述の実施例や第１の変形例で説明した構成要素の符号と同じ名称のものには同じ符号を付けてある。この圧電振動子１の第２の変形例も、前述した実施例と異なる点は、振動片１０のマウント部１１に関わる部分のみである。他の部分は共通であり、その共通部分の説明は省略する。

図５に示すように、この圧電振動子１の第２の変形例では、振動片１０の基部幅ｂ寸法がやや大きく、平行に並んだ２本のリード１２の総幅寸法よりもやや大きい。この振動片１０のマウント部１１に、２本のリード１２それぞれに対応するように２つの溝形状の薄肉部１４を備えている。これにより、１本のリード１２に対して３面で接合できることとなる。従って、先の変形例における１本のリード１２に対して２面で接合できる構成の振動片１０よりも、一層接合面積が拡大し接合強度をより強く確保することができる。

さらに、第１の実施形態に係る第３の変形例について図６を基に説明する。
図６は、第１の実施形態に係る圧電振動子の第３の変形例を示す図であり、図１に示す切断線ＡＡ及び図３に示す切断線ＢＢと同じ切断箇所での拡大断面図である。この第３の変形例においても、前述の実施例や第１の変形例で説明した構成要素の符号と同じ名称のものには同じ符号を付けてある。この圧電振動子１の第３の変形例も、前述した実施例と異なる点は、振動片１０のマウント部１１に関わる部分のみである。他の部分は共通であり、その共通部分の説明は省略する。

図６に示すように、この圧電振動子１の第３の変形例では、振動片１０におけるマウント部１１の薄肉部１４が、表面から１箇所、裏面から１箇所の２箇所の段差ｇにより回転対称に設けられているところに特徴がある。このように、振動片１０の両面から段差ｇを設定して薄肉部１４を構成することにより、振動片１０を２本のリード１２間に挟み込むように接合することができる。振動片１０が２本のリード１２間に配置されることから、この圧電振動子１では、振動片１０がこの圧電振動子１の中心軸に配置されることとなる。従って、振動片１０の先端とケース１６の内壁面１５との距離を最大とすることができる。

さらに、第１の実施形態に係る第４の変形例について図７を基に説明する。
図７は、第１の実施形態に係る圧電振動子の第４の変形例を示す図であり、図１に示す切断線ＡＡ及び図３に示す切断線ＢＢと同じ切断箇所での拡大断面図である。この第４の変形例においても、前述の実施例や変形例で説明した構成要素の符号と同じ名称のものには同じ符号を付けてある。

この圧電振動子１の第４の変形例は、振動片１０のマウント部１１に関しては、先の図３及び図４で示した第１の変形例の圧電振動子１と共通であるが、気密端子１３を貫通する２本のリード１２の位置が気密端子１３の中心軸に対して偏心している点が異なる。

図７に示すように、２本のリード１２それぞれの中心Ｃ１、Ｃ２を結ぶ直線は、ケース１６の中心でもある気密端子１３の中心軸Ｃｖと距離ｅだけ偏心している。すなわち、これまで説明してきた実施例や第１乃至第３の変形例における気密端子１３では、このｅに相当する距離が略０であったのに対して、この第４の変形例におけるｅは、所定の距離を有している。この例では、ｅはリード１２の線径の約１／２であり、この程度の寸法であれば、リード１２が気密端子１３の外周（ステム）に近づいたとしても、電気的絶縁性に影響することはない。

そして、この気密端子１３に対して偏心したリード１２に、マウント部１１の片面に２箇所の段差ｇを設定し、２箇所の薄肉部１４を形成した振動片１０を接合することで、振動片１０を圧電振動子１のケース１６内の中心に配置させることができる。
先の第３の変形例においても振動片１０を圧電振動子１の中心に配置させることができたが、第３の変形例では、振動片１０の両面に段差ｇを設けて薄肉部１４を形成する必要があるため、工数が多くなる可能性がある。これに対して、この第４の変形例では、振動片１０の片面にのみ段差ｇを設けて薄肉部１４を形成するため、同時形成できる。

以上説明したように、この第１実施例の圧電振動子は、電気絶縁性を損なうことなくより小型化できるとともに、振動片のリードへのマウント精度及びマウント強度を向上し振動特性の安定化が図れ、安価に製造できる。

次に、本発明に係る圧電振動子の第２の実施形態について説明する。この第２実施例の圧電振動子が第１実施例の圧電振動子と異なる点は、気密端子１３を貫通する２本のリード１２の、振動片１０への接合部に、平面部が形成されている点である。その他の構成要素や製造方法については第１実施例と共通であるため、重複する説明は省略する。
図８は、第２の実施形態に係る圧電振動子の例を示す図であり、図８（ａ）は、円筒状のケースを縦に切断して内部構造を示した図、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す切断線ＥＥにおけるマウント部の拡大断面図である。この図８に示した例は、第１実施例において図１及び図２に示した例と類似しているが、２本のリード１２が異なっている。

図８（ａ）に示すように、気密端子１３を貫通する２本のリード１２は、振動片１０のマウント部１１において左右に寸法が伸び、面積が広がっている。図８（ｂ）に示すように、２本のリード１２は、それぞれ２面が平面となっており、それぞれの平面の片面側が振動片１０の薄肉部１４に密着するように、振動片１０と接合されている。図８（ｂ）において、２本のリード１２のそれぞれに同心状に描かれている想像線で示された円は、マウント部１１以外の部位におけるリード１２の断面形状とその位置を表したものである。

２本のリード１２は、初期的にはどこの横断面をとっても円形を呈しているが、この実施例では、振動片１０とのマウント部１１にあたる側面の全域に渡って平面部１２ａを設けてある。曲面を平面化させるにあたっては、この実施例で示したものは、平面を有する２つの金型の間にリード１２を挟んでプレス成形している。プレス成形する際には、２本のリード１２の間隔が変化しないように金型を成形しておくか、あるいは治具などを利用する。１本のリード１２について平面部１２ａは１面のみでも良いが、本実施例のように、１８０度対称の位置にもう１面設けることにより、どちらの平面部１２ａで振動片１０を接合しても良くなる。従って、振動片１０接合時のリード１２との位置合わせが容易になる。尚、平面部１２ａの形成は、切削加工や研削加工などでも良い。但し、気密端子１３の円筒状の外周面から想定される中心軸との平行度を高精度に保つように注意する必要がある。

尚、振動片１０との接合部１１にあたる側面に平面部１２ａを構成するにあたって、リード１２全体の横断面が３角形や４角形になるような線材の使用や、リードフレームを用いて作ることも考えられる。しかしながら、その場合には、接合部１１に平面部１２ａはあるが、接合される振動片１０の横断面方向位置は、気密端子１３やケース１６の中心位置から離れたままとなってしまう。本実施例においては、リード１２の横断面において最外周部よりも内側に位置する平面部１２ａを形成させることが重要なのである。そういった位置にある平面部１２ａに振動片１０を接合することにより、振動片１０がケース１６の中心部に寄せられることになる。

この２本のリードの平面部１２ａには、第１実施例と同様に振動片１０との接合のためにハンダメッキを施す。ハンダメッキは、平面部１２ａ形成の前に施しても良いが、プレス成形時などに剥がれてしまう可能性もあるため、平面部１２ａ形成後に行うことが好ましい。

この実施例における２本のリード１２は、図８（ｂ）に示されるように、ケース１６の内壁面１５の中心位置に配置されている。ケース１６の内壁面１５は、気密端子１３の外周面に相当するため、２本のリード１２は、気密端子１３の中心位置に配置されていることとなる。従って、リード１２と気密端子１３の外周の金属環との距離は十分確保されており、絶縁不良の問題が生じることはない。

以下に、リード１２の平面部１２ａに振動片１０を接合した場合と、従来の細い中実丸棒のリード１２に振動片１０を接合した場合の、マウント強度及び落下衝撃による衝撃特性の比較試験結果について、図面及び表を参照して説明する。尚、これ以降、本発明に係る平面部１２ａに振動片１０を接合した場合を「Ａ条件」、従来の細い中実丸棒のリード１２に振動片１０を接合した場合を「Ｂ条件」と呼ぶこととする。

図９は、マウント強度及び衝撃特性の比較試験に用いた圧電振動子のマウント部を条件別に示す図であり、図９（ａ）は、本発明に係るＡ条件のマウント部を示す断面図、図９（ｂ）は、従来のＢ条件のマウント部を示す断面図である。図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、Ａ条件Ｂ条件とも振動片１０には段差による薄肉部を設けていない。これは、振動片１０を共通のものとして、リード１２の接合部の形状のみの違いによるマウント強度及び衝撃特性の比較を行うためである。また、Ａ条件Ｂ条件とも２本のリード１２の中心を結ぶ直線は、気密端子の中心Ｃｖ、すなわちケース１６の中心軸を通る構成となっている。

図９（ａ）のＡ条件のマウント部において、それぞれ２つの平面部１２ａを有するリード１２の厚さｈは、９０μｍとした。これに対して、図９（ｂ）のＢ条件のマウント部における中実丸棒のリード１２の直径Ｄ１２は、２２０μｍである。従って、Ａ条件での２本のリード１２の中心を結ぶ直線と振動片１０の中心線との距離Ｗ１と、Ｂ条件での２本のリード１２の中心を結ぶ直線と振動片１０の中心線との距離Ｗ２とは６５μｍの差がある。Ａ条件での振動片１０の方が、その６５μｍ分ケース１６の中心軸に近づいている。

ここで、マウント強度とは、振動片１０の接合後に振動片１０のマウント部近傍を所定の治具で加圧した場合に、振動片１０とリード１２が引き剥がされる時の印加荷重を測定するものである。但し、振動片１０が強固に接合されている場合には、剥がれる前に振動片１０が折損するが、この場合は、振動片１０の折損時の荷重を採用する。マウント強度試験としては、このように振動片１０がリード１２から引き剥がされる前に折損に至る方が望ましい。マウント強度試験に用いるテストサンプル数は、Ａ条件、Ｂ条件とも２２個とした。

一方、衝撃特性は、落下試験前後の共振周波数の変化の度合いを確認するものである。振動片１０をリード１２に接合した気密端子をケース１６に圧入嵌合して封止した後に、まず、落下試験前の共振周波数を測定する。そして落下試験を実施する。落下試験では、組み立てられた圧電振動子を７５ｃｍの高さから自由な姿勢でコンクリート上に３回落下させる。その後、再び共振周波数を測定する。ここでは、共振周波数の変化量（落下試験前後の共振周波数の差）を落下試験前の共振周波数で除算してデータとした。また、衝撃特性の規格値は、共振周波数変化量を±５ｐｐｍ以内とした。この衝撃特性を確認するための落下試験のテストサンプル数は、Ａ条件、Ｂ条件とも１１０個とした。

まず、マウント強度を測定した結果、Ａ条件でのマウント強度は、Ｂ条件でのマウント強度と比較して、平均値が１．４５倍高い結果を得た。かつ、マウント強度のバラツキを示す標準偏差は、Ａ条件はＢ条件の４８％に抑えられた。このように、平面部１２ａを有するリード１２による振動片１０の接合は、高いマウント強度を実現できるとともに、マウント強度のバラツキを小さく抑えることができる。

次に、衝撃特性の比較結果について表を基に説明する。表１は、圧電振動子の衝撃特性をマウント部の構成が異なる上述のＡ条件、Ｂ条件とで比較した結果を示すものである。

表１に示すように、比較項目は、平均値、標準偏差、最大値、負の最大値、Ｃｐｋの５項目である。ここで、最大値とは最大変化量のことであり、負の最大値とは試験後の共振周波数が低い側に変化する負側の最大変化量のことである。
表１において、落下試験前後の共振周波数変化量をＡ条件、Ｂ条件とで比較すると、５項目共にＡ条件、即ち平面部１２ａを設けたリード１２に振動片１０を接合したサンプルの方が優れている。例えば、平均値において、Ａ条件の場合は０．３４ｐｐｍであり、Ｂ条件の場合では０．７８ｐｐｍであるので、Ａ条件の方が変化量が小さい。また、バラツキを示す標準偏差においては、Ａ条件では０．７６ｐｐｍであり、Ｂ条件では１．２５ｐｐｍであるので、Ａ条件の方がバラツキが小さい。さらに、最大変化量においては、Ａ条件が２．６４ｐｐｍであり、Ｂ条件が３．４９であるので、Ａ条件の方が最大変化量も小さい。また、負側の最大変化量においては、Ａ条件が−１．１７であり、Ｂ条件が−２．１４であるので、Ａ条件の方が負側の最大変化量も小さい。さらに、落下試験におけるＣｐｋを算出すると、Ａ条件が２．０５となりＢ条件の場合は１．１３であるので、Ａ条件の方が落下試験でも十分安定していると判断される。

ここで、Ｃｐｋについて簡潔に説明する。Ｃｐｋとは品質管理分野において使用される工程の安定性を示す係数である。その数値の算出は、規格値、平均値、標準偏差を用いて行う。工程のＣｐｋを算出して、その数値が１．３３よりも大きな場合は、工程でのバラツキが十分小さく、安定な工程と見なされる。一方、１．３３より小さい場合は、その工程においてバラツキが大きなものが発生する可能性があることを示している。前述した落下試験による衝撃特性の場合は、Ａ条件で行うマウント工程はＣｐｋが２．０５と高く、従って安定であるが、従来のＢ条件では、Ｃｐｋが１．１３であるため改善の余地があることを数値的に裏付けている。

以上説明したように、従来の中実丸棒のリード１２を用いる場合に比較して、接合面積が広く、振動片１０をケース１６の中心に寄せられる平面部１２ａを有するリード１２を用いると、マウント強度及びそのバラツキが改善されている。そして、落下試験のような衝撃荷重に対しても、周波数の変化量を抑制することが明らかである。今回の２種類の比較試験では、振動片１０に薄肉部１４を形成しない状態で行ったが、薄肉部１４を形成すれば、振動片１０をさらにケース１６の中心軸に近づくため、さらに、振動片１０自体の重量が低減されるため、衝撃特性はさらに良いものと考えられる。マウント強度に関しては、薄肉部１４を設けることにより振動片１０が先に折損する方向となるものと考えられ、好ましい方向となる。

しかしながら、あまり薄過ぎると振動片１０自体の強度低下となってしまうため、第１実施例でも説明したことと同様に、段差ｇの深さを振動片１０の厚さの７０％以下までとし、薄肉部１４の厚さを振動片１０の厚さの３０％以上とすることが望ましい。また、マウント部１１での接合面積の拡大や位置決め安定性を向上させるために、本第２実施例の振動片１０においても、第１実施例の第１の変形例として説明した図４に示す振動片１０のように構成させても良い。すなわち、片面に２箇所の段差ｇによる２つの薄肉部１４を形成して、その薄肉部１４の間に振動片１０の元の厚さｔ１が残されている形状とすることにより、リード１２の平面部１２ａのみならず、側面部も接合可能となる。

ここで、この第２実施例の圧電振動子の変形例について、図面を基に説明する。
図１０は、第２の実施形態に係る圧電振動子の変形例を示す図であり、図１０（ａ）は、円筒状のケースを縦に切断して内部構造を示した図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示す切断線ＦＦにおけるマウント部の拡大断面図である。図１０に示す圧電振動子では、前述の第２実施例で説明した構成要素の符号と同じ名称のものには同じ符号を付けてある。

図１０に示すように、この第２実施例の変形例は、図６に示した第１実施例の第３の変形例の振動片１０を、平面部１２ａを有する２本のリード１２の間に挟みこんで接合した圧電振動子である。振動片１０のマウント部１１における薄肉部１４が、振動片１０の片面側に２箇所形成されたものではなく、両面側にそれぞれ１箇所ずつ段差を有するように形成されている。そして、それに伴って、接合相手となる２本のリード１２の平面部１２ａが互いに同一の平面上に形成されておらず、それぞれが異なる平面上に形成されている。その他の点については、前述の実施例と構成も製造方法も同様であるので、詳細な説明については省略する。

この変形例では、前記実施例としての効果に加え、振動片１０を完全にケース１６の中心位置に配置することができる。従って、ケース１６の内壁面１５と振動片１０とのクリアランスを大きく確保できる。また、それに伴い、ケース１６の大きさを小さくすることが可能となる。

この第２実施例における、平面部１２ａを有する２本のリード１２を備える圧電振動子では、上記の変形例の他に、図５に示した第１実施例における第２の変形例の振動片１０を接合することも可能である。また、図７の第１実施例における第４の変形例で示したように、２本のリード１２それぞれの中心間を結ぶ直線を気密端子１３の中心から偏心させて、振動片１０をケース１６の中心に位置させることも可能である。

以上説明したように、この第２の実施形態における圧電振動子１は、第１の実施形態における圧電振動子の基本特性を維持しながら、マウント強度をさらに向上させることができ、落下などの耐衝撃特性をも向上させることができる。

次に、本発明に係る圧電振動子の第３の実施形態について図面を基に説明する。
図１１は、第３の実施形態に係る圧電振動子の例を示す図であり、図１１（ａ）は、円筒状のケースを縦に切断して内部構造を示した図、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示す切断線ＧＧにおけるマウント部の拡大断面図である。

この第３実施例の圧電振動子１が第１実施例や第２実施例の圧電振動子と異なる点は、振動片１０のマウント部１１は、中央部を元の厚みｔ１のまま残すものの、薄肉部１４は形成せずにエッチングで完全に除去し、２本のリード１２に挟まれる凸部を形成した点にある。そして、リード１２との接合は、リード１２の円形の端面と、振動片１０の接合部１１の肩部２０に相当する端面とを突き合わせるように行う点にある。さらに、気密端子１３を貫通する２本のリード１２の、振動片１０への接合部に平面部が形成されている点にある。その他の構成要素や製造方法については第１実施例や第２実施例と共通であるため、重複する説明は省略する。

この第３実施例においても、振動片１０とリード１２との接合は、フラットな平面と平面とで行われ、接合面積が大きく確保される。しかも、接合に利用される平面の方向が第１実施例や第２実施例の場合と９０度異なり、特に振動片１０の長手方向の位置決めが正確に行える。従って、振動片１０の２本の振動腕部の先端とケース１６の底部内壁面とのクリアランスｈを、必要最小限に抑えることができる。

もちろん、この第３実施例における振動片１０とリード１２との接合は、互いの平面部同士のみならず、２本のリード１２の円筒状側面と、それに挟まれた振動片１０の対向平面との間でも行うことができる。それにより接合強度も十分に保てる。振動片１０がケース１６の中心に配置されることは言うまでもない。

ここで、この第３実施形態の圧電振動子の変形例について図１２を参照して説明する。図１２は、本発明の第３実施形態に係る圧電振動子の変形例を示す図であり、図１２（ａ）は、円筒状のケースを縦に切断して内部構造を示した図、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示す切断線ＨＨにおけるマウント部の拡大断面図である。

この変形例が前の実施例と異なる点は、図１２（ｂ）に示すように、２本のリード１２の側面に平面部１２ａを形成させてある点である。この平面部１２ａがあることにより、マウント部１１における２本のリード１２の互いの間隔が広がる。２本のリード１２の間隔が広がるため、その間に挟みこむ振動片１０のマウント部１１での断面積を、前の実施例の場合よりも大きくできる。従って、振動片１０の耐衝撃強度も強くなる。さらにマウント部における接触面積も拡大され、接合強度が向上する。

これまで説明してきたように、本発明に係る第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態の圧電振動子、並びにそれらの変形例の圧電振動子は、振動片１０をケース１６の中央部に配置することができるので、圧電振動子全体がより小型化可能となる。それと同時に、リード１２と振動片１０とのマウント部における位置合わせマウント精度やマウント強度が向上するので、共振周波数、ＣＩ値のバラツキを小さくでき、特性を安定化し向上させることができる。

次に、本発明に係る第４の実施形態について図１３を参照して説明する。
図１３は、第４の実施形態に係る表面実装型圧電振動子の構成を示す図であり、図１３（ａ）は上方から見た平面図、図１３（ｂ）は正面から見た正面図、図１３（ｃ）は底面から見た底面図、図１３（ｄ）は図１３（ａ）に示す切断線ＩＩにおける断面図、図１３
（ｅ）は図１３（ｂ）に示す正面図の右側から見た側面図である。

図１３（ｂ）及び図１３（ｄ）に示すように、この表面実装型圧電振動子３０は、これまで説明してきた本発明に係るシリンダー型パッケージの圧電振動子１の周囲を、樹脂３１により直方体状にモールドしたものである。樹脂３１には、エポキシ樹脂や液晶ポリマー等が用いられる。円筒状の圧電振動子１の周囲を樹脂３１によって直方体状に成形することにより、各種電子機器に用いられるプリント基板上に、他の電子部品などと共にリフローハンダにて電気的及び機械的な接続を行うことが可能となる。

断面図１３（ｄ）にて、その構造を詳細に説明する。圧電振動子１の２本のリード１２は、製造時に利用されるリードフレームなどから形成された２つの外部電極端子３４に、接続部３３を介してそれぞれ電気的に接続されている。外部電極端子３４は、クランク状の屈曲部３４ａを備えており、リード１２と接続される端部とは反対側の端部が樹脂３１の底面に露出している。

圧電振動子１を挟んで、外部電極端子３４に対向した端部には、圧電振動子１とは電気的に接続されないダミー端子３５が設けられており、端部が樹脂３１の底面に露出している。ダミー端子３５には、リードフレーム上で圧電振動子１の位置決めのための起立部３５ａが形成されている。このダミー端子３５は、外部電極端子３４と組になって実装用の機械的接続の役割を果たす。即ち、外部電極端子３４とダミー端子３５の表面には、図示しない金属膜がメッキなどで形成されており、基板のハンダ等に十分な濡れ性を有する。

このような表面実装型圧電振動子３０の内部に、本発明に係るシリンダー型パッケージの圧電振動子１を用いることにより、表面実装型圧電振動子３０の外形寸法も小さくできる。そして、この小型の表面実装型圧電振動子３０を用いる携帯機器などの電子機器も、より小型化することが可能となる。さらに、この表面実装型圧電振動子３０内部の圧電振動子１の振動片のマウント強度が向上しており、衝撃特性も向上しているため、使用される電子機器の信頼性がさらに向上する。

次に、本発明に係る第５の実施形態について図１４を参照して説明する。図１４は、第５の実施形態に係る発振器の構成を示す図である。

図１４に示すように、発振器３８は、上記第１乃至第３の実施形態の圧電振動子１が、または、第４の実施形態の表面実装型圧電振動子３０が発振子として用いられて構成されているものである。

発振器３８は、コンデンサなどの電子部品３９が実装された基板４０を備えている。基板４０には、発振器用の集積回路４３が実装されており、この集積回路４３の近傍に、圧電振動子１が実装されている。そして、これら電子部品３９、集積回路４３及び圧電振動子１は、不図示の配線パターンによって電気的に接続されている。なお、各構成部品は、不図示の樹脂によりモールドされている。

このような構成のもと、圧電振動子１に電圧を印加すると、上述の振動片が振動し、その振動が、水晶の持つ圧電特性により電気信号に変換されて、集積回路４３に電気信号として入力される。この入力された電気信号は、集積回路４３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４３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により、時計用単機能発振器などの他、当該機器や外部機器の動作日や時刻を制御したり、時刻やカレンダーなどを提供したりする機能を付与することができる。

以上より、本実施形態における発振器３８によれば、上記第１乃至第３の実施形態に係る圧電振動子１と、または、第４の実施形態に係る表面実装型圧電振動子３０と同様の効果を奏することができるだけでなく、長期にわたって安定した高精度な周波数信号を得ることができる。

次に、本発明に係る第６の実施形態について説明する。本実施形態では、上記第１乃至第３の実施形態における圧電振動子１を、または、第４の実施形態における表面実装型圧電振動子３０を備える電子機器として、携帯情報機器について図１５を参照して説明する。

図１５は、第６の実施形態に係る携帯情報機器の機能的構成を示す図である。
図１５に示すように、携帯情報機器４６は、電力を供給するための電源部４７を備えている。電源部４７は、例えばリチウム二次電池からなっている。
電源部４７には、各種制御を行う制御部４８と、時刻等のカウントを行う計時部５１と、外部との通信を行う通信部５２と、各種情報を表示する表示部５６と、それぞれの機能部の電圧を検出する電圧検出部５３と、が並列に接続されている。そして、電源部４７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４８は、各機能部を制御して、音声データの送信及び受信、現在時刻の計測や表示など、システム全体の動作制御を行う。また、制御部４８は、あらかじめプログラムが書き込まれたＲＯＭと、この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、このＣＰＵのワークエリアとして使用されるＲＡＭなどを備えている。

計時部５１は、発振回路、レジスタ回路、カウンタ回路及びインターフェイス回路など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、上述の振動片が振動し、その振動が、水晶の持つ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２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、インターフェイス回路を介して、制御部４８と信号の送受信が行われ、表示部５６に、現在時刻や現在日付あるいはカレンダー情報などが表示される。

通信部５２は、従来の携帯電話と同様の機能を有し、無線部５７、音声処理部５８、切替部６１、増幅部６２、音声入出力部６３、電話番号入力部６６、着信音発生部６７及び呼制御メモリ部６８を備えている。
無線部５７は、音声データ等の各種データを、アンテナを介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部５８は、無線部５７または増幅部６２から入力された音声信号を符号化及び復号化する。増幅部６２は、音声処理部５８または音声入出力部６３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６３は、スピーカやマイクロフォンなどからなり、着信音や受話音声を拡声したり、話者音声を集音したりする。

また、着信音発生部６７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６１は、着信時に限って、音声処理部５８に接続されている増幅部６２を着信音発生部６７に切り替えることによって、着信音発生部６７において生成された着信音が、増幅部６２を介して音声入出力部６３に出力される。なお、呼制御メモリ部６８は、通信の発着呼制御に係るブログラムを格納する。また、電話番号入力部６６は、例えば０から９の番号キー及びその他のキーを備えており、これら番号キーなどを押下することにより、通話先の電話番号などが入力される。

電圧検出部５３は、電源部４７によって制御部４８など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４８に通知する。このときの所定の電圧値は、通信部５２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あらかじ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５３から電圧降下の通知を受けた制御部４８は、無線部５７、音声処理部５８、切替部６１及び着信音発生部６７の動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部５７の動作停止は必須となる。さらに、表示部５６に、通信部５２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５３と制御部４８とによって、通信部５２の動作を禁止し、その旨を表示部５６に表示することができる。この表示は、文字メッセージであってもよいが、より直感的な表示として、表示部５６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よい。
尚、携帯情報機器４６は、通信部５２の機能に係る部分の電源を、選択的に遮断することができる電源遮断部６９を備えており、この電源遮断部６９によって、通信部５２の機能が確実に停止される。

以上より、本実施形態における携帯情報機器４６によれば、上記第１乃至第３の実施形態に係る圧電振動子１と、または、第４の実施形態に係る表面実装型圧電振動子３０と同様の効果を奏することができるだけでなく、長期にわたって安定した高精度な計時情報を表示することができる。

次に、本発明に係る第７の実施形態について説明する。本実施形態では、上記第１乃至第３の実施形態における圧電振動子１を、または、第４の実施形態における表面実装型圧電振動子３０をフィルター部に接続した電波時計について図を参照して説明する。

図１６は、第７の実施形態に係る電波時計の構成を示す図である。
電波時計７１は、時刻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）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もしくは６０ＫＨzのような長波は、地表を伝播する性質と、電離層と地表を反射しながら伝播する性質を併せ持つため、伝播範囲が広く、上記の２つの送信所で日本国内を全て網羅している。

図１６を参照して、電波時計７１の機能的構成について説明する。
アンテナ７４は、前記４０ＫＨzもしくは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、前記４０ＫＨzもしくは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７５によって増幅され、圧電振動子１を有するフィルター８０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、上記搬送周波数と同一の４０ＫＨz及び６０ＫＨの共振周波数を有する水晶振動子部７６，７９を備えている。

さらに、濾波された所定周波数の信号は、検波、整流回路８１により検波復調される。続いて、波形成形回路８４を介してタイムコードが取り出され、ＣＰＵ８５でカウントされる。ＣＰＵ８５では、現在の年、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、ＲＴＣ８６に反映され、正確な時刻情報が表示される。

搬送波は、４０ＫＨzもしくは６０ＫＨzであるから、水晶振動子部７６，７９は、前述した音叉型の構造を持つ振動子が好適である。６０ＫＨzを例にとれば、音叉型振動片の寸法例として全長が約２．８ｍｍ、基部の幅寸法が約０．５ｍｍの寸法で構成することが可能である。

以上より、本実施形態における電波時計７１によれば、上記第１乃至第３の実施形態に係る圧電振動子１と、または、第４の実施形態に係る表面実装型圧電振動子と同様の効果を奏することができるだけでなく、長期にわたって安定した高精度なフィルター機能を発揮することができ、電波時計の信頼性をより向上させることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、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。また、上記第１から第７の実施形態においては、振動片に用いる圧電材料の例として水晶の例を示しているが、これに限ることはなく、ニオブ酸リチウムなどの様々な圧電単結晶材料からなる振動片であってもよい。

第１の実施形態に係る圧電振動子の例を示す図であり、（ａ）は円筒状のケースを縦に切断して内部構造を示した図、（ｂ）は（ａ）に示す切断線ＡＡにおける拡大断面図である。 図１に示した振動片のマウント部の詳細を示す斜視図である。 第１の実施形態に係る圧電振動子の変形例を示す図であり、（ａ）は円筒状のケースを縦に切断して内部構造を示した図、（ｂ）は（ａ）に示す切断線ＢＢにおける拡大断面図である。 図３に示した振動片のマウント部の詳細を示す斜視図である。 第１の実施形態に係る圧電振動子の第２の変形例を示す図である。 第１の実施形態に係る圧電振動子の第３の変形例を示す図である。 第１の実施形態に係る圧電振動子の第４の変形例を示す図である。 第２の実施形態に係る圧電振動子の例を示す図であり、（ａ）は円筒状のケースを縦に切断して内部構造を示した図、（ｂ）は（ａ）に示す切断線ＥＥにおける拡大断面図である。 比較試験に用いた圧電振動子のマウント部示す図であり、（ａ）は本発明に係る条件でのマウント部を示す断面図、（ｂ）は従来条件でのマウント部を示す断面図である。 第２の実施形態に係る圧電振動子の変形例を示す図であり、（ａ）は円筒状のケースを縦に切断して内部構造を示した図、（ｂ）は（ａ）に示す切断線ＦＦにおける拡大断面図である。 第３の実施形態に係る圧電振動子の例を示す図であり、（ａ）は円筒状のケースを縦に切断して内部構造を示した図、（ｂ）は（ａ）に示す切断線ＧＧにおける拡大断面図である。 第３の実施形態に係る圧電振動子の変形例を示す図であり、（ａ）は円筒状のケースを縦に切断して内部構造を示した図、（ｂ）は（ａ）に示す切断線ＨＨにおける拡大断面図である。 第４の実施形態に係る表面実装型圧電振動子の構成を示す図であり、（ａ）は上方から見た平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は（ａ）に示す切断線ＩＩにおける断面図、（ｅ）は（ｂ）に示す正面図の右側から見た側面図である。 第５の実施形態に係る発振器の構成を示す図である。 第６の実施形態に係る携帯情報機器の機能的構成を示す図である。 第７の実施形態に係る電波時計の構成を示す図である。 従来のシリンダー型圧電振動子の一例を示す図であり、（ａ）は円筒状のケースを縦に切断して内部構造を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す切断線ＪＪにおける拡大断面図である。

符号の説明

１ 圧電振動子（水晶振動子）
１０、１０’ 振動片
１１、１１’ マウント部
１２ リード
１３ 気密端子
１４ 薄肉部
１５ ケース内壁面
１６、１６’ ケース
２０ 肩部
３０ 表面実装型圧電振動子
３８ 発振器
４３ 集積回路
４６ 携帯情報機器（電子機器）
７１ 電波時計（電子機器）

Claims (17)

1. ２本のリードを有する気密端子と、前記リードに接合された振動片と、前記振動片の周囲を覆い前記気密端子の外周部で密閉するケースと、を有する圧電振動子であって、
   前記リードと固定する前記振動片のマウント部に段差が設けられていることを特徴とする圧電振動子。
2. 前記段差の深さは、前記振動片の厚さの２０％以上かつ７０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子。
3. 前記段差は、前記振動片の片面に２箇所設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電振動子。
4. 前記段差は、前記振動片の両面にそれぞれ１箇所ずつ設けられているとともに、２本の前記リードが前記振動片を挟むように接合されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電振動子。
5. ２本のリードを有する気密端子と、前記リードに接合された振動片と、前記振動片の周囲を覆い前記気密端子の外周部で密閉するケースと、を有する圧電振動子であって、
   前記リードと前記振動片とのマウント部において、前記リードは平面部を有し、前記振動片は薄肉部を有していることを特徴とする圧電振動子。
6. 前記薄肉部の厚さは、前記振動片の厚さの３０％以上かつ８０％以下であることを特徴とする請求項５に記載の圧電振動子。
7. 前記薄肉部は、前記振動片の片面にのみ段差を有するように形成されていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の圧電振動子。
8. 前記薄肉部は、前記振動片の両面にそれぞれ段差を有するように形成されているとともに、２本の前記リードが前記振動片を挟むように接合されていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の圧電振動子。
9. 前記圧電振動子における前記気密端子の中心軸に対して、前記２本のリードそれぞれの線径中心を結ぶ線分の中心が偏心していることを特徴とする請求項１乃至請求項３または請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の圧電振動子。
10. ２本のリードを有する気密端子と、前記リードに接合された振動片と、前記振動片の周囲を覆い前記気密端子の外周部で密閉するケースと、を有する圧電振動子であって、
    前記リードと前記振動片とのマウント部において、前記リードの端面と前記振動片の端面とが突き合わされるように接合されていることを特徴とする圧電振動子。
11. 前記マウント部における２本の前記リードの側面に平面部を有し、該平面部間に前記振動片を挟むように接合されていることを特徴とする請求項１０に記載の圧電振動子。
12. 圧電振動子の表面を覆うモールド樹脂と、該モールド樹脂から一部が露出する外部電極端子とを有する表面実装型圧電振動子であって、
    前記圧電振動子は、
    ２本のリードを有する気密端子と、前記リードに接合された振動片と、前記振動片の周囲を覆い前記気密端子の外周部で密閉するケースと、を有し、
    前記リードと固定する前記振動片のマウント部に段差が設けられていることを特徴とする表面実装型圧電振動子。
13. 圧電振動子の表面を覆うモールド樹脂と、該モールド樹脂から一部が露出する外部電極端子とを有する表面実装型圧電振動子であって、
    前記圧電振動子は、
    ２本のリードを有する気密端子と、前記リードに接合された振動片と、前記振動片の周囲を覆い前記気密端子の外周部で密閉するケースと、を有し、
    前記リードと前記振動片とのマウント部において、前記リードは平面部を有し、前記振動片は薄肉部を有していることを特徴とする表面実装型圧電振動子。
14. 圧電振動子の表面を覆うモールド樹脂と、該モールド樹脂から一部が露出する外部電極端子とを有する表面実装型圧電振動子であって、
    前記圧電振動子は、
    ２本のリードを有する気密端子と、前記リードに接合された振動片と、前記振動片の周囲を覆い前記気密端子の外周部で密閉するケースと、を有し、
    前記リードと前記振動片とのマウント部において、前記リードの端面と前記振動片の端面とが突き合わされるように接合されていることを特徴とする表面実装型圧電振動子。
15. 請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の圧電振動子、又は、請求項１２乃至請求項１４のいずれか１項に記載の表面実装型圧電振動子を発振子として集積回路に接続したことを特徴とする発振器。
16. 請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の圧電振動子、又は、請求項１２乃至請求項１４のいずれか１項に記載の表面実装型圧電振動子を計時部に接続したことを特徴とする電子機器。
17. 請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の圧電振動子、又は、請求項１２乃至請求項１４のいずれか１項に記載の表面実装型圧電振動子をフィルター部に接続したことを特徴とする電波時計。

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