JP2009206592A - 圧電振動子、発振器、電子機器、電波時計および圧電振動子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 低コストで、気密封止の信頼性に優れた、圧電振動子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 （ｂ）圧電振動片２をリード端子３１にマウントするマウント工程と、（ｃ）ガラス管３０の第１開口部３０ａに、プラグ本体４０を加熱溶着する第１封止工程と、（ｄ）真空下でガラス管３０の第２開口部３０ｂを閉塞し、ガラス管３０の内部空間を真空封止する第２封止工程と、ケース３の外側からレーザを照射して、圧電振動片２の周波数を調整する周波数調整工程と、ケース３の外側からレーザを照射して、ゲッター剤５０を活性化するゲッター剤活性化工程と、を有する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、リード端子に圧電振動片を接合したシリンダパッケージタイプの圧電振動子、これを有する発振器、電子機器、電波時計および圧電振動子の製造方法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。圧電振動子の１つとして、音叉型の圧電振動片を有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

図１０は、従来技術に係る圧電振動子の側面断面図である。圧電振動子９１は、音叉型の圧電振動片２と、ケース３と、気密端子４とを備えている。ケース３は、鋼板材料を深絞りして、有底円筒状に形成されている。気密端子（プラグ）４は、圧電振動片が実装される一対のリード端子３１と、リードの中間部を保持するプラグ本体４０とを備えている。プラグ本体４０は、金属製のリング（ステム）３３と、リング３３の内側を封止するガラス部材（充填材）３２とを備えている。そして、真空下でケース３の開口部に気密端子４のリング３３を圧入することにより、ケース３の内部に圧電振動片が真空封止されている。
特開２００３−１１９５９１号公報

しかしながら、上述した圧電振動子９１のケース３は、加工性に優れた洋白（亜鉛およびニッケルを含む合金）等の鋼板材料を深絞り加工して形成されている。また、そのケース３に圧入するプラグ本体４０の外周には、金属製のリング３３を設ける必要がある。そのため、圧電振動子のコストが高くなるという問題がある。
また、ケース３およびリング３３の表面には凹凸が存在するため、両者の圧入部分は必ずしも面接触にならず、気密封止の信頼性の向上が求められている。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、低コストで、気密封止の信頼性に優れた、圧電振動子およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記の問題を解決するために、本発明の圧電振動子は、圧電板の表面に励振電極を備えた圧電振動片と、前記圧電振動片がマウントされたリード端子と、前記リード端子の中間部に固着されたプラグ本体と、前記圧電振動片を内部空間に収容するケースと、を備え、ガラス材料からなる前記ケースの第１開口部に、ガラス材料からなる前記プラグ本体が溶着されて、前記ケースの内部空間が真空封止されていることを特徴とする。
この発明によれば、ケースをガラス材料で構成することが可能になり、鋼板材料を深絞り加工してケースを形成する必要がなくなる。またプラグ本体をガラス材料のみで構成することが可能になり、その外周に金属リングを設ける必要がなくなる。したがって、製造コストを低減することができる。また、ケースの第１開口部にプラグ本体が溶着されているので、気密封止の信頼性を向上させることができる。

また前記ケースの内部に、レーザ照射により活性化するゲッター剤が配置されていることを特徴とする。
この発明によれば、ガラス材料からなるケースを採用したので、その外側からレーザを照射して、内部に配置されたゲッター剤を活性化することができる。これにより、ゲッター剤がケース内部に残留するガスを吸収するので、ケース内部の真空度を向上させることができる。したがって、残留ガスの影響による圧電振動子の周波数のばらつきを抑制することができる。

本発明の圧電振動子の製造方法は、圧電板の表面に励振電極を備えた圧電振動片と、前記圧電振動片にマウントされたリード端子と、前記リード端子の中間部に固着されたプラグ本体と、前記圧電振動片を内部空間に収容するケースと、を備えた圧電振動子の製造方法であって、前記圧電振動片を前記リード端子にマウントするマウント工程と、ガラス材料からなる前記ケースの第１開口部に、ガラス材料からなる前記プラグ本体を溶着して、前記ケースの内部空間を真空封止する封止工程と、を有することを特徴とする。
この発明によれば、ケースをガラス材料で構成することが可能になり、鋼板材料を深絞り加工してケースを形成する必要がなくなる。またプラグ本体をガラス材料のみで構成することが可能になり、その外周に金属リングを設ける必要がなくなる。したがって、製造コストを低減することができる。また、ケースの第１開口部にプラグ本体が溶着されているので、気密封止の信頼性を向上させることができる。

また前記封止工程は、前記ケースとなるガラス管の前記第１開口部に、前記プラグ本体を溶着する第１封止工程と、真空下で前記ガラス管の前記第２開口部を閉塞し、前記ガラス管の内部空間を真空封止する第２封止工程と、を有することを特徴とする。
この発明によれば、ガラス管からケースを形成することが可能になり、製造コストをさらに低減することができる。

また前記封止工程の後に、前記ケースの外側からレーザを照射して、前記圧電振動片の振動数を調整する周波数調整工程を有することを特徴とする。
この発明によれば、ガラス材料からなるケースを採用したので、ケースの内部空間を真空封止する封止工程の後に、その内部空間に収容された圧電振動片に対しケースの外側からレーザを照射して、前記圧電振動片の周波数調整を行うことができる。これにより、圧電振動子の完成品に近い状態で周波数調整を行うことが可能になり、圧電振動子の周波数を所定範囲内に収めることができるとともに、周波数のばらつきを低減することができる。

また前記ガラス管の内部に、レーザ照射により活性化するゲッター剤が配置され、前記封止工程の後に、前記ケースの外側からレーザを照射して、前記ゲッター剤を活性化するゲッター剤活性化工程を有することを特徴とする。
この発明によれば、ガラス材料からなるケースを採用したので、その外側からレーザを照射して、内部に配置されたゲッター剤を活性化することができる。これにより、ゲッター剤がケース内部に残留するガスを吸収するので、ケース内部の真空度を向上させることができる。特に、ケース内部に収容された圧電振動片に対して周波数調整を行うと、ケース内部でガスが発生する場合がある。そこで、周波数調整工程の後にゲッター剤活性化工程を行うことにより、周波数調整により発生したガスを吸収してケース内部の真空度を向上させることができる。したがって、残留ガスの影響による圧電振動子の周波数のばらつきを抑制することができる。

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。

本発明の圧電振動子およびその製造方法によれば、ケースをガラス材料で構成することが可能になり、鋼板材料を深絞り加工してケースを形成する必要がなくなる。またプラグ本体をガラス材料のみで構成することが可能になり、その外周に金属リングを設ける必要がなくなる。したがって、製造コストを低減することができる。また、ケースの第１開口部にプラグ本体が溶着されているので、気密封止の信頼性を向上させることができる。

以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
（圧電振動子）
図１は、本実施形態に係る圧電振動子の斜視図である。圧電振動子１は、シリンダパッケージタイプの圧電振動子であって、音叉型の圧電振動片２と、圧電振動片２がマウントされたプラグ（気密端子）４と、プラグ４と共に圧電振動片２を気密封止するケース３とを備えている。

図２は圧電振動片の平面図であり、図３は背面図であり、図４は図２のＡ−Ａ線における断面図である。図２および図３に示すように、圧電振動片２は、水晶、タンタル酸リチウムや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２は、平行に配置された一対の振動腕部１０、１１と、該一対の振動腕部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１の励振電極１３と第２の励振電極１４とからなる励振電極１５と、第１の励振電極１３及び第２の励振電極１４に電気的に接続されたマウント電極１６、１７とを有している。
また、本実施形態の圧電振動片２は、一対の振動腕部１０、１１の両主面上に、該振動腕部１０、１１の長手方向Ｘに沿ってそれぞれ形成された溝部１８を備えている。この溝部１８は、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。

第１の励振電極１３と第２の励振電極１４とからなる励振電極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り、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。具体的には、図４に示すように、第１の励振電極１３が、一方の振動腕部１０の溝部１８上と、他方の振動腕部１１の両側面上とに主に形成され、第２の励振電極１４が、一方の振動腕部１０の両側面上と他方の振動腕部１１の溝部１８上とに主に形成されている。

また図２及び図３に示すように、第１の励振電極１３及び第２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を介してマウント電極１６、１７に電気的に接続されている。そして圧電振動片２は、このマウント電極１６、１７を介して電圧が印加されるようになっている。
なお、前述した励振電極１５、マウント電極１６、１７及び引き出し電極１９、２０は、例えば、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）等の導電性膜（電極膜）の被膜により形成されたものである。

また、一対の振動腕部１０、１１の先端には、自身の振動状態を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。なお、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及び微調膜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。

図１に戻り、上述した圧電振動片２は、プラグ４にマウントされている。プラグ４は、平行配置された２本のリード端子３１と、２本のリード端子３１を支持するプラグ本体４０とを備えている。
リード端子３１は、プラグ本体４０を間に挟んで一端側が圧電振動片２をマウント（機械的に接合及び電気的に接続）するインナーリード３１ａとされ、他端側が外部に電気的に接続されるアウターリード３１ｂとされている。なお、リード端子３１の直径は例えば約０．１２ｍｍであり、リード端子３１の母材の材質としては、コバール（ＦｅＮｉＣｏ合金）が慣用されている。また、リード端子３１の外表面に被膜させるメッキの材質としては、下地金属膜としてはＣｕが用いられ、仕上金属膜としては、耐熱ハンダメッキ（錫と鉛の合金で、その重量比が１：９）や、銀（Ａｇ）や錫銅合金（ＳｎＣｕ）や金錫合金（ＡｕＳｎ）等が用いられる。
プラグ本体４０は、ホウ珪酸ガラス等のガラス材料により構成され、リード端子３１の長手方向中間部において、各リード端子３１に固着されている。

そして、プラグ４のインナーリード３１ａと、上述した圧電振動片２のマウント電極１６、１７とが、導電性のバンプＥを介してマウントされている。すなわち、バンプＥを介してインナーリード３１ａとマウント電極１６、１７とが機械的に接合されていると同時に、電気的に接続されている。その結果、圧電振動片２は、２本のリード端子３１にマウントされた状態となっている。

また、上述した圧電振動片２は、ガラス材料からなるケース３の内部空間に内包されている。ケース３は、ガラス管３０を加工して形成されている。ガラス管３０の第１開口部３０ａの内周面には、ガラス材料からなるプラグ本体４０の外周面が溶着されている。またガラス管３０の第２開口部３０ｂは、熱変形されて閉塞されている。このケース３およびプラグ４により、内部空間が気密封止されている。これによってケース３内の圧電振動片２を囲む空間は、真空に保たれた状態となっている。
ケース３の内周面の一部には、ゲッター剤５０が配置されている。ゲッター剤５０は、レーザ照射により活性化して周囲のガスを吸着するものであり、例えば金属アルミニウムが採用されている。

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、２本のリード端子３１のアウターリード３１ｂに対して、所定の駆動電圧を印加する。これにより、インナーリード３１ａ、バンプＥ、マウント電極１６、１７及び引き出し電極１９、２０を介して、第１の励振電極１３及び第２の励振電極１４からなる励振電極１５に電流を流すことができ、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、制御信号のタイミング源やリファレンス信号源等として利用することができる。

（圧電振動子の製造方法）
次に、上述した圧電振動子の製造方法について説明する。
図５は本実施形態に係る圧電振動子の製造方法のフローチャートであり、図６は工程図である。本実施形態の圧電振動子の製造方法は、圧電振動片作製工程（Ｓ４０）と、プラグを作製するプラグ作製工程（Ｓ５０）と、圧電振動片をプラグにマウントするマウント工程（Ｓ６０）と、ガラス管の第１開口部にプラグのプラグ本体を溶着する第１封止工程（Ｓ６２）と、真空下でガラス管の第２開口部を閉塞する第２封止工程（Ｓ６３）と、圧電振動子の周波数調整を行う周波数調整工程（Ｓ６５）と、ケース内のゲッター剤を活性化するゲッター剤活性化工程（Ｓ６６）とを順に行って、圧電振動子１を製造する方法である。これら各工程について、以下に詳細に説明する。

初めに、圧電振動片２を作製する圧電振動片作製工程（Ｓ４０）を行う。具体的には、まず水晶のランバート原石を所定の角度でスライスして一定の厚みのウエハとする。続いて、このウエハをラッピングして粗加工した後、加工変質層をエッチングで取り除き、その後ポリッシュ等の鏡面研磨加工を行って、所定の厚みのウエハとする。続いて、ウエハに洗浄等の適切な処理を施した後、該ウエハをフォトリソグラフィ技術によって圧電振動片２の外形形状でパターニングすると共に、金属膜の成膜及びパターニングを行って、図２に示す励振電極１５、引き出し電極１９，２０、マウント電極１６、１７、重り金属膜２１等を形成する。これにより、圧電振動片２を作製することができる。

また、圧電振動片２を作製した後、共振周波数の粗調を行っておく。これは、図２に示す重り金属膜２１の粗調膜２１ａにレーザ光を照射して一部を蒸発させ、重量を変化させることで行う。なお、共振周波数をより高精度に調整する微調に関しては、図１に示すケース３の内部に封止された後に行う。これについては、後に説明する。

上述した圧電振動片作製工程と同時または順次に、図６（ａ１）および図６（ａ２）に示すプラグ４を作製するプラグ作製工程を行う（Ｓ５０）。まず所定長さの２本のリード端子３１と、プラグ本体４０の材料となるガラス充填材とを準備する。ガラス充填材は、ガラス粉末を予めリング状に仮焼成したものである。次いで、リード端子３１およびガラス充填材をセットするセット工程を行う（Ｓ５２）。具体的には、リング状のガラス充填材を専用の治具にセットすると共に、ガラス充填材を貫通するように２本のリード端子３１をセットする。次に、治具を加熱炉内に入れて１０００℃前後の温度雰囲気でガラス充填材の焼成を行う（Ｓ５３）。ガラス充填材は、加熱により溶融してリード端子３１との間を完全に封着し、さらに冷却により固化して治具内で所定形状に成型される。これにより、プラグ本体４０が形成され、気密に耐えられる構造となる。そして、治具から取り出すことで、プラグ４を得ることができる。この時点で、プラグ作製工程が終了する。

次に、リード端子３１の外表面に金属膜を湿式メッキ法で被膜させるメッキ工程を行う（Ｓ５５）。そのための前処理として、リード端子３１の外表面を洗浄すると共に、アルカリ溶液で脱脂した後、塩酸及び硫酸の溶液にて酸洗浄を行う。この前処理が終了した後、リード端子３１の外表面に下地金属膜を形成する。例えば、Ｃｕメッキ或いはＮｉメッキを略２μｍ〜５μｍの膜厚で被膜させる。続いて、下地金属膜上に仕上金属膜を形成する。例えば錫や銀等の単一材料の他、耐熱メッキや、錫銅合金、錫ビスマス合金、錫アンチモン合金等を、略８μｍ〜１５μｍの膜厚で被膜させる。
このように、下地金属膜及び仕上金属膜からなる金属膜を被膜させることで、インナーリード３１ａと圧電振動片２との接続を可能にすることができる。

続いて、金属膜の安定化を図るため、真空雰囲気の炉中でアニーリングを行う（Ｓ５６）。例えば、１７０℃の温度で１時間の加熱を行う。これにより、下地金属膜の材料と仕上金属膜の材料との界面に形成される金属間化合物の組成を調整して、ウイスカの発生を抑制することができる。このアニーリングが終了した時点でマウント工程を行うことができる。なお、金属膜を被膜する際に、湿式メッキ法で行った場合を例にしたが、この場合に限られず、例えば、蒸着法や化学気相法等で行っても構わない。

次に図６（ｂ）に示すように、インナーリード３１ａの先端に、金や半田等の導電性のバンプＥを形成する（Ｓ５７）。
そして、圧電振動片２のマウント電極をインナーリード３１ａに接合するマウント工程を行う（Ｓ６０）。具体的には、バンプＥを加熱しながら、該バンプＥを間に挟んだ状態でインナーリード３１ａと圧電振動片２とを所定の圧力で重ね合わせる。これにより、バンプＥを介してインナーリード３１ａとマウント電極とを接続することができる。その結果、圧電振動片２をマウントすることができる。すなわち、圧電振動片２は、リード端子３１に機械的に支持されると共に、電気的に接続された状態となる。なお、バンプ接続する際に、加熱・加圧を行ってマウントしたが、超音波を利用してバンプ接続を行っても構わない。
次に、前述したマウントによる歪みをなくすために、所定の温度でベーキングを行う（Ｓ６１）。

次に図６（ｃ）に示すように、ガラス管３０の第１開口部３０ａにプラグ４のプラグ本体４０を溶着する第１封止工程（Ｓ６２）を行う。まず、所定長さに切断されたガラス管３０を準備する。なお、ガラス管３０の内側には予めゲッター剤５０を配置しておく。次に、ガラス管３０の第１開口部３０ａから、プラグ４にマウントされた圧電振動片２を挿入する。なお圧電振動片２とともに、プラグ４のプラグ本体４０をガラス管３０の内側に挿入する。次に、プラグ本体４０の外周面とガラス管３０の内周面とを熱溶着する。加熱温度は、マウントＥおよびゲッター剤の融点以下の温度であり、マウントＥを半田で構成した場合には２００℃程度とする。なお、プラグ本体４０の外周面とガラス管３０の内周面とが重なり合う部分を局所的に加熱して、マウントＥおよびゲッター剤の溶融を防止することが望ましい。
プラグ４のプラグ本体４０およびガラス管３０はいずれもガラス材料で構成されているので、加熱により両者の界面が溶融接合される。これにより、両者間を気密封止することができる。

次に図６（ｄ）に示すように、ガラス管３０の第２開口部３０ｂを閉塞する第２封止工程（Ｓ６３）を行う。まず、第１封止工程終了後のワークを処理室内に導入し、処理室内を真空状態まで減圧する。この状態で、ガラス管３０の第２開口部３０ｂを熱変形させて閉塞する。具体的には、治具により第２開口部３０ｂを局所的に加熱しつつ縮径することによって閉塞する。なお加熱温度は第１封止工程と同様である。
ガラス管３０の第２開口部３０ｂも、溶融接合により気密封止される。その結果、ガラス管３０により有底円筒状のケース３が形成される。これにより、ケース３およびプラグ本体４０によって囲まれた空間が気密封止されて真空状態に保持され、その空間内に圧電振動片２が収容される。

なお従来技術に係る圧電振動子のケースは、加工性に優れた洋白（亜鉛およびニッケルを含む合金）等の鋼板材料を深絞り加工して形成されている。また金属ケースの開口部にプラグ本体を圧入して封止するため、プラグ本体の外周に金属リングを設ける必要がある。そのため、従来技術に係る圧電振動子はコストが高くなっている。
これに対して、本実施形態に係る圧電振動子のケース３は、ケース３をガラス管３０で構成するとともに、プラグ４のプラグ本体４０をガラス材料のみで構成している。これにより、プラグ本体４０の外周面とガラス管３０の内周面とを熱溶着して、ガラス管３０の第１開口部３０ａを封止することができる。その結果、鋼板材料を深絞り加工してケースを形成する必要がなく、またプラグ本体４０の外周の金属リングが不要になり、製造コストを低減することができる。

また、従来技術に係る圧電振動子では、ケースの開口部にプラグ本体の金属リングを圧入して封止している。ところが、ケースおよび金属リングの表面には凹凸が存在するため、両者の圧入部分は必ずしも面接触にならず、気密封止の信頼性の向上が求められている。これに対して、本実施形態に係る圧電振動子では、ガラス材料からなるプラグ本体の外周面とガラス管３０の内周面とを熱溶着することで、ガラス管３０の第１開口部３０ａを封止している。これにより、気密封止の信頼性を向上させることができる。

なお本実施形態では、まずガラス管３０の第１開口部３０ａにプラグ本体４０を溶着する工程（第１封止工程）を行い、次に真空下でガラス管３０の第２開口部３０ｂを閉塞する工程（第２封止工程）を行って、ケース３の内部空間を真空封止する構成とした。これに対して、まずガラス管３０の第２開口部３０ｂを閉塞する工程を行い、次に真空下でガラス管３０の第１開口部３０ａにプラグ本体４０を溶着する工程を行って、ケース３の内部空間を真空封止する構成としてもよい。

次に、圧電振動子の周波数調整（微調）を行う周波数調整工程（Ｓ６５）を行う。この周波数調整について、具体的に説明すると、まず一対のアウターリード３１ｂ間に電圧を印加して圧電振動片２を振動させる。その周波数を計測しながら、レーザを照射して重り金属膜２１の微調膜２１ｂを蒸発させることで、周波数の調整を行う。なお、周波数計測を行うには、アウターリード３１ｂに図示しないプローブの先端を押し付けることで、計測を正確に行うことができる。この周波数調整を行うことで、デバイスの公称周波数の範囲内に圧電振動片２の周波数を調整することができる。

従来技術では、金属材料からなるケース３を採用していたので、ケース３の外側から圧電振動片にレーザ照射することができない。したがって、封止工程の前に、大気中の圧電振動片にレーザ照射して、周波数調整（微調）を行っている。そのため、封止工程において圧電振動片を真空中に封止することで周波数がずれる場合がある。その結果、圧電振動子の完成品の周波数が所定範囲から外れる場合があった。
これに対して本実施形態では、ガラス材料からなるケース３を採用したので、ケース３の外側から圧電振動片にレーザ照射することが可能になる。そのため、封止工程の後に、真空中に保持された圧電振動片にレーザ照射して、周波数調整（微調）を行うことが可能になる。これにより、圧電振動子の完成品に近い状態で周波数調整を行うことが可能になり、圧電振動子の周波数を所定範囲内に収めることができるとともに、周波数のばらつきを低減することができる。

次に、ゲッター剤活性化工程（Ｓ６６）を行う。具体的には、ケース３の内部に配置されたゲッター剤５０に対し、ケース３の外側からレーザを照射して、ゲッター剤を活性化させる。活性化されたゲッター剤は周囲のガスを吸収する性質を有するので、ケース３の内部に残留するガスを除去することができる。その結果、圧電振動片が収容されたケース内部空間の真空度を向上させることが可能になり、残留ガスの影響による周波数のばらつきを抑制することができる。
上述したように、本実施形態では、封止工程の後に周波数調整工程を実施する。周波数調整工程では、レーザ照射により重り金属膜を蒸発させるので、ケース内部でガスが発生する場合がある。発生したガスは、密閉封止されたケース３の内部に残留することになる。そこで、周波数調整工程の後にゲッター剤活性化工程を行うことにより、周波数調整工程で発生したガスを吸収してケース内部から除去し、ケース内部の真空度を向上させることができる。したがって、残留ガスの影響による圧電振動子の周波数のばらつきを抑制することができる。

次に、周波数や共振抵抗値の安定化を図るスクリーニングを行う（Ｓ６７）。スクリーニング終了後、内部の電気特性検査を行う（Ｓ６８）。すなわち、圧電振動片２の共振周波数、共振抵抗値、ドライブレベル特性（共振周波数及び共振抵抗値の励振電力依存性）等を測定してチェックする。また、絶縁抵抗特性等を併せてチェックする。そして、最後に圧電振動子１の外観検査を行って、寸法や品質等を最終的にチェックする。この結果、図１に示す圧電振動子１を製造することができる。

以上に詳述したように、本実施形態に係る圧電振動子の製造方法は、圧電振動片２をリード端子３１にマウントするマウント工程と、圧電振動片２をガラス管３０の内側に挿入し、ガラス管３０の第１開口部３０ａに、リード端子３１の中間部に固着されたガラス材料からなるプラグ本体４０を溶着する第１封止工程と、真空下でガラス管３０の第２開口部３０ｂを閉塞し、ガラス管３０からなるケース３の内部に圧電振動片２を気密封止する第２封止工程と、を有する構成とした。
この構成によれば、ケース３をガラス材料で構成することが可能になり、鋼板材料を深絞り加工してケースを形成する必要がなくなる。またプラグ本体４０をガラス材料のみで構成することが可能になり、その外周に金属リングを設ける必要がなくなる。したがって、製造コストを低減することができる。また、ケース３の第１開口部３０ａにプラグ本体４０が溶着されているので、気密封止の信頼性を向上させることができる。

（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７を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器１１０は、図７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２が実装されている。これら電子部品１１２、集積回路１１１及び圧電振動子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、該圧電振動子１内の圧電振動片２が振動する。この振動は、圧電振動片２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することができる。

このような本実施形態の発振器１１０によれば、従来のものに比べて生産コストが低減化された圧電振動子１を備えているので、発振器１１０自体に関しても生産コストが低減化されたものとなる。

（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８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及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、格段に小型化及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８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及び受信、現在時刻の計測や表示等、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、レジスタ回路、カウンタ回路及び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２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及び呼制御メモリ部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及び複号化する。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の番号キー及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及び着信音発生部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、選択的に遮断することができる電源遮断部１３６を備えることで、通信部１２４の機能をより確実に停止することができる。

前述したように、本実施形態の携帯情報機器１２０によれば、従来のものに比べて生産コストが低減化された圧電振動子１を備えているので、携帯情報機器１２０自体に関しても生産コストが低減化されたものとなる。

（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９を参照して説明する。
本実施形態の電波時計１４０は、図９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及び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、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、ＲＴＣ１４８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。

前述したように、本実施形態の電波時計１４０によれば、従来のものに比べて生産コストが低減化された圧電振動子１を備えているので、電波時計１４０自体に関しても生産コストが低減化されたものとなる。

なお、本発明の技術範囲は、上述した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、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な材料や層構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

実施形態に係る圧電振動子の斜視図である。 圧電振動片の平面図である。 圧電振動片の背面図である。 図２のＡ−Ａ線における断面図である。 実施形態に係る圧電振動子の製造方法のフローチャートである。 実施形態に係る圧電振動子の製造方法の工程図である。 本発明に係る発振器の一実施形態を示す構成図である。 本発明に係る電子機器の一実施形態を示す構成図である。 本発明に係る電波時計の一実施形態を示す構成図である。 従来技術に係る圧電振動子の断面図である。

符号の説明

１…圧電振動子 ２…圧電振動片 ３…ケース ４…プラグ ３０…ガラス管 ３０ａ…第１開口部 ３０ｂ…第２開口部 ３１…リード端子 ４０…プラグ本体 ５０…ゲッター剤 １１０…発振器 １２０…携帯情報機器（電子機器） １４０…電波時計

Claims (9)

1. 圧電板の表面に励振電極を備えた圧電振動片と、
   前記圧電振動片がマウントされたリード端子と、
   前記リード端子の中間部に固着されたプラグ本体と、
   前記圧電振動片を内部空間に収容するケースと、を備え、
   ガラス材料からなる前記ケースの第１開口部に、ガラス材料からなる前記プラグ本体が溶着されて、前記ケースの内部空間が真空封止されていることを特徴とする圧電振動子。
2. 前記ケースの内部に、レーザ照射により活性化するゲッター剤が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子。
3. 請求項１または２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。
4. 請求項１または２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。
5. 請求項１または２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。
6. 圧電板の表面に励振電極を備えた圧電振動片と、前記圧電振動片がマウントされたリード端子と、前記リード端子の中間部に固着されたプラグ本体と、前記圧電振動片を内部空間に収容するケースと、を備えた圧電振動子の製造方法であって、
   前記圧電振動片を前記リード端子にマウントするマウント工程と、
   ガラス材料からなる前記ケースの第１開口部に、ガラス材料からなる前記プラグ本体を溶着して、前記ケースの内部空間を真空封止する封止工程と、
   を有することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
7. 前記封止工程は、
   前記ケースとなるガラス管の前記第１開口部に、前記プラグ本体を溶着する第１封止工程と、
   真空下で前記ガラス管の第２開口部を閉塞し、前記ガラス管の内部空間を真空封止する第２封止工程と、
   を有することを特徴とする請求項６に記載の圧電振動子の製造方法。
8. 前記封止工程の後に、前記ケースの外側からレーザを照射して、前記圧電振動片の周波数を調整する周波数調整工程を有することを特徴とする請求項６または７に記載の圧電振動子の製造方法。
9. 前記ガラス管の内部に、レーザ照射により活性化するゲッター剤が配置され、
   前記封止工程の後に、前記ケースの外側からレーザを照射して、前記ゲッター剤を活性化するゲッター剤活性化工程を有することを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１項に記載の圧電振動子の製造方法。

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