JP2012074968A - 圧電振動片、圧電振動子、発振器、電子機器および電波時計 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】長手方向Yに延在するとともに幅方向Xに並んで配置された第1振動腕部4および第2振動腕部5と、これらの両振動腕部4、5の基端側を連結する基部6と、を備え、第1振動腕部4の先端部4cには、幅方向Xの内側に張り出す第1内張出部11、および外側に張り出す第1外張出部12が形成され、第2振動腕部5の先端部5cには、幅方向Xの内側に張り出す第2内張出部13、および外側に張り出す第2外張出部14が形成され、第1振動腕部4において第2内張出部13と幅方向Xに対向する部分には、第1内張出部11の張出端縁11bよりも幅方向Xの外側に窪んだ第1逃げ部15が設けられ、第2振動腕部5において第1内張出部11と幅方向Xに対向する部分には、第2内張出部13の張出端縁13bよりも幅方向Xの外側に窪んだ第2逃げ部16が設けられた圧電振動片2を提供する。
【選択図】図1
Description
音叉型の圧電振動片は、長手方向に延在するとともに幅方向に並んで配置された第1振動腕部および第2振動腕部と、これらの両振動腕部の基端側を連結する基部と、を備えており、両振動腕部が、基端側を起点として先端部が接近、離間する方向に、所定の共振周波数で振動(揺動)する構成となっている。
そこでこの問題を解決するために、下記特許文献1に示される圧電振動片を採用することが考えられる。この圧電振動片における各振動腕部は、基端側から一定幅で延在し先端側で前記一定幅よりも広い幅となる段差部を備えている。この段差部は、各振動腕部において幅方向の両側に張り出しており、段差部より先端側に位置する先端部は、段差部より基端側に位置する部分より広幅となっている。これにより、先端部の質量が増加するので、圧電振動片の共振周波数を重り効果により低めることが可能になり、所定の共振周波数を確保し易くすることができる。
この問題を解決するためには、両振動腕部間の間隔を幅方向に大きくし、両振動腕部の先端部同士を幅方向に離間させることが考えられるが、この場合、圧電振動片が幅方向に大型化してしまい、圧電振動片の小型化という当初の目的を達成することが困難となる。
本発明に係る圧電振動片は、長手方向に延在するとともに幅方向に並んで配置された第1振動腕部および第2振動腕部と、これらの両振動腕部の基端側を連結する基部と、を備える音叉型の圧電振動片であって、前記第1振動腕部の先端部には、前記幅方向の内側に張り出す第1内張出部、および外側に張り出す第1外張出部が形成され、前記第2振動腕部の先端部には、前記幅方向の内側に張り出す第2内張出部、および外側に張り出す第2外張出部が形成され、前記第1振動腕部において前記第2内張出部と前記幅方向に対向する部分には、前記第1内張出部の張出端縁よりも前記幅方向の外側に窪んだ第1逃げ部が設けられ、前記第2振動腕部において前記第1内張出部と前記幅方向に対向する部分には、前記第2内張出部の張出端縁よりも前記幅方向の外側に窪んだ第2逃げ部が設けられていることを特徴とする。
また、第1振動腕部において第2内張出部と前記幅方向に対向する部分に前記第1逃げ部が設けられ、第2振動腕部において第1内張出部と前記幅方向に対向する部分に前記第2逃げ部が設けられているので、第1内張出部および第2内張出部を形成することにより、両振動腕部の先端部間の前記幅方向に沿った間隔が狭くなりすぎるのを抑え、この間隔を確保し易くすることができる。これにより、両振動腕部を前記幅方向に互いに接近させた状態で、両振動腕部の振動時に先端部同士が接触するのを抑えることができる。
そしてこのように、両振動腕部を前記幅方向に互いに接近させた状態で、両振動腕部の振動時に先端部同士が接触するのを抑えることができるので、両振動腕部の長さを短くしつつ、この圧電振動片の前記幅方向に沿った大きさを小さくすることが可能になり、小型化を図ることができる。
またこのように、第1逃げ部の窪み量が、前記長手方向の全長にわたって第2内張出部の突出量と同等であり、第2逃げ部の窪み量が、前記長手方向の全長にわたって第1内張出部の突出量と同等であり、第1逃げ部および第2逃げ部が、前記幅方向に大きく窪み過ぎていない。したがって、両振動腕部の先端部の質量を確実に増加させることができる。
また、本発明の電子機器は、前記圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とする。
また、本発明の電波時計は、前記圧電振動子が、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。
また、本発明に係る圧電振動子、発振器、電子機器および電波時計によれば、高品質化および小型化を図ることができる
以下、図面を参照し、本発明に係る圧電振動子の一実施形態を説明する。
図1に示すように、圧電振動子1は、いわゆる表面実装型であり、音叉型の圧電振動片2と、この圧電振動片2を収容するキャビティCを有するパッケージ3と、を備えている。
なお以下では、前記長手方向Yに沿って振動腕部4、5の先端側を一方側、振動腕部4、5の基端側を他方側という。
各サイド基部7は、前記長手方向Yに延在しており、各サイド基部7の基端側は、連結部8を介して基部6に連結されている。連結部8は、前記幅方向Xに延在するとともに、基部6における前記一の端面と反対側の端面に連結されており、これにより、各サイド基部7と、基部6および振動腕部4、5と、の間には、前記幅方向Xに隙間があいている。
ベース基板22は、例えばセラミックなどの絶縁材料で形成され、この凹部21の底面において前記幅方向Xの両外側に位置する部分には、凹部21の側面に連結された一対の台座部24が突設されている。
リッド基板23は、例えば金属材料などで形成され、リッド基板23の外周縁部は、ベース基板22の外周縁部に接合されている。なお、ベース基板22とリッド基板23とは、例えば図示しない接合膜を介して接合されていても良い。
なお図示の例では、両振動腕部4、5において、基端部18同士の前記幅方向Xに沿った間隔D1は、例えば約100μm程度とされ、先端部4c、5c同士の前記幅方向Xに沿った間隔D2は、例えば約80〜90μm程度となっている。
次に、本発明に係る圧電振動片の第1変形例および第2変形例について説明する。
なお、これらの変形例においては、前記実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
この圧電振動片2Aは、前記第1内張出部11および前記第2内張出部13が、前記長手方向Yに複数形成されており、両内張出部11、13は同数、図示の例では2つずつ形成されている。
また図示の例では、第1内張出部11および第2内張出部13それぞれにおいて、前記長手方向Yを向く端面の角部には、面取り部11c、13cが形成されている。なお、この面取り部11c、13cはなくても良い。
図6に示すように、この圧電振動片2Bは、前記第1内張出部11および前記第2内張出部13が、前記長手方向Yに複数形成されており、両内張出部11、13は同数、図示の例では4つずつ形成されている。図7に示すように、これらの両内張出部11、13は、前記幅方向Xに互いに対向し、両内張出部11、13はそれぞれ、張出量が前記長手方向Yの位置により異なる構成となっており、両内張出部11、13の張出面11d、13d同士は、互いに倣う形状に形成されている。
そして、両内張出部11、13は、前記長手方向Yに隣接するもの同士が間隔をあけずに連続して配置されており、前記長手方向Yに隣接する内張出部11、13同士は、前記長手方向Yの端縁が互いに連結されている。
例えば、図8に示す圧電振動片2Cのように、第1内張出部11の張出量が、前記長手方向Yの両端から中央に向かうに従い漸次、大きくなっており、第2内張出部13の張出量が、前記長手方向Yの両端から中央に向かうに従い漸次、小さくなっていても良い。また、両内張出部11、13が、それぞれ2つずつ形成されていても良く、3つずつや、5つ以上ずつ形成されていても良い。
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図9を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器110は、図9に示すように、圧電振動子1を、集積回路111に電気的に接続された発振子として構成したものである。この発振器110は、コンデンサ等の電子素子部品112が実装された基板113を備えている。基板113には、発振器用の集積回路111が実装されており、この集積回路111の近傍に、圧電振動子1の圧電振動片が実装されている。これら電子素子部品112、集積回路111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。
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。
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図10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。
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。
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。
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。
次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図11を参照して説明する。
本実施形態の電波時計140は、図11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。
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。
続いて、波形整形回路145を介してタイムコードが取り出され、CPU146でカウントされる。CPU146では、現在の年や積算日、曜日、時刻等の情報を読み取る。読み取られた情報は、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。
例えば前記実施形態では、圧電振動子1は表面実装型であるものとしたが、図12および図13に示すようなシリンダタイプ等、他のタイプであっても良い。
圧電振動片31は、前記実施形態の圧電振動片2と比べて、サイド基部7が備えられておらず、前記電極膜のマウント部分は基部6に形成されている。
プラグ32は、ケース33を密閉する筒状のステム34と、このステム34を貫通するように平行配置された2本のリード端子35と、ステム34内に充填されてステム34とリード端子35とを固定させる絶縁性の図示しない充填材と、を備えている。
そして、インナーリード36と、圧電振動片31の前記電極膜のマウント部分と、は、例えば仕上げ膜(高融点ハンダめっき)等を溶解させて形成された図示しない接合部を介してマウントされている。
さらに前記実施形態では、第2逃げ部16の窪み量は、前記長手方向Yの全長にわたって第1内張出部11の突出量と同等であるものとしたが、これに限られるものではなく、第2逃げ部16の窪み量が、前記長手方向Yの一部または全部において第1内張出部11の突出量と同等でなく、小さかったり大きかったりしても良い。
2、2A、2B、2C、31、31A、31B、31C 圧電振動片
4 第1振動腕部
4a、5a 主面
4c、5c 先端部
5 第2振動腕部
6 基部
11 第1内張出部
11b、13b 張出端縁
11d、13d 張出面
12 第1外張出部
13 第2内張出部
14 第2外張出部
15 第1逃げ部
15a、16a 壁面
16 第2逃げ部
17 重り金属膜(重り膜)
X 幅方向
Y 長手方向
Z 法線方向(幅方向および長手方向の両方向に直交する方向)
O1 中心軸線
O2 中心軸線
110 発振器
120 携帯情報機器(電子機器)
140 電波時計
Claims (10)
- 長手方向に延在するとともに幅方向に並んで配置された第1振動腕部および第2振動腕部と、
これらの両振動腕部の基端側を連結する基部と、を備える音叉型の圧電振動片であって、
前記第1振動腕部の先端部には、前記幅方向の内側に張り出す第1内張出部、および外側に張り出す第1外張出部が形成され、
前記第2振動腕部の先端部には、前記幅方向の内側に張り出す第2内張出部、および外側に張り出す第2外張出部が形成され、
前記第1振動腕部において前記第2内張出部と前記幅方向に対向する部分には、前記第1内張出部の張出端縁よりも前記幅方向の外側に窪んだ第1逃げ部が設けられ、
前記第2振動腕部において前記第1内張出部と前記幅方向に対向する部分には、前記第2内張出部の張出端縁よりも前記幅方向の外側に窪んだ第2逃げ部が設けられていることを特徴とする圧電振動片。 - 請求項1記載の圧電振動片であって、
前記第1逃げ部の窪み量は、前記長手方向の全長にわたって前記第2内張出部の突出量と同等であり、
前記第2逃げ部の窪み量は、前記長手方向の全長にわたって前記第1内張出部の突出量と同等であることを特徴とする圧電振動片。 - 請求項1または2記載の圧電振動片であって、
前記第1外張出部および前記第2外張出部が、前記第1内張出部および前記第2内張出部に応じて形成されることで、各振動腕部における重心が、各振動腕部の中心軸線上にそれぞれ位置するとともに、これらの重心同士の前記長手方向の位置が互いに一致し、かつ前記両振動腕部の質量が同等となっていることを特徴とする圧電振動片。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の圧電振動片であって、
前記第1内張出部および前記第2内張出部は、前記幅方向に互いに対向し、
これらの両内張出部はそれぞれ、張出量が前記長手方向の位置により異なる構成とされ、
前記第1逃げ部および前記第2逃げ部は、前記両内張出部において前記幅方向の内側を向く張出面同士が互いに倣う形状に形成されることで、各張出面をそれぞれの壁面として設けられていることを特徴とする圧電振動片。 - 請求項4記載の圧電振動片であって、
前記第1内張出部および前記第2内張出部のいずれか一方の張出量は、前記長手方向の両端から中央に向かうに従い漸次、大きくなるとともに、いずれか他方の張出量は、前記長手方向の両端から中央に向かうに従い漸次、小さくなっていることを特徴とする圧電振動片。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の圧電振動片であって、
前記先端部において、前記幅方向および前記長手方向の両方向に直交する方向を向く主面には、重り膜が形成されていることを特徴とする圧電振動片。 - 請求項1から6のいずれか1項に記載の圧電振動片を備えていることを特徴とする圧電振動子。
- 請求項7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。
- 請求項7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。
- 請求項7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。
Priority Applications (4)
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