JP2017135688A - 圧電振動子と圧電ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】音叉型圧電振動子と、その音叉型圧電振動子と蓋とケースとを備えて構成される圧電ユニットとを提供する。【解決手段】基部部分３０と、その基部部分に接続された音叉腕１０、２０と、枠部分とを備えて構成される音叉型圧電振動子１００である。各音叉腕１０、２０の第１振動部１１、２１は第１幅Ｗと第１長さＬを備え、第２振動部１３、２３は第１幅Ｗより大きい第２幅Ｗｅと第２長さＬｅを備える。前記枠部分は第１枠部分１と第２枠部分２とを備え、第１枠部分１は第３枠部分３と第４枠部分４を介して第２枠部分２に接続され、第１枠部分１から第４枠部分４の外側側面の長さの和が第１長さ寸法Ｌｏで定義され、かつ、第１枠部分１から第４枠部分４の内側側面の長さの和が第２長さ寸法Ｌｉで定義される時、第１長さ寸法Ｌｏは２．４ｍｍより大きくて５ｍｍより小さく、第２長さ寸法Ｌｉは１．６ｍｍより大きくて４．４ｍｍより小さい。【選択図】図１

Description

本発明は音叉型の圧電振動子（音叉型圧電振動子）と、その音叉型圧電振動子とケースと蓋とを備えて構成される圧電ユニットと、その圧電ユニットを備える圧電発振回路を備えた圧電発振器とその圧電発振器を備えた電子機器とそれらの製造方法に関する。

例えば、特許文献１の段落００３５には、基部側から先端部の約半分の位置に第１幅Ｗ_ｆが、その第１幅より広い第２幅Ｗ_ｓが音叉腕の自由端である先端部から腕の長さの約半分の位置に形成されていることが記載されている。この形状で、かつ、従来のケースの内部の固定部に固定した方法では、基本波モード振動の発振周波数が、例えば約３２．７６８ｋＨｚで、その周波数での等価直列抵抗Ｒ_１の増加を抑え、かつ、ある程度の小型化（例えば、全長が２ｍｍ程度の水晶ユニット）を図ることができるが、全長が１．５ｍｍより小さいより小型化された水晶ユニットを実現するには、音叉形状の屈曲水晶振動子のＷ_ｓｆ＝Ｗ_ｓ／Ｗ_ｆをかなり大きく、かつ、Ｗ_ｆをかなり小さくする必要がある。しかし、Ｗ_ｓｆ＝Ｗ_ｓ／Ｗ_ｆをかなり大きく、かつ、Ｗ_ｆをかなり小さくすると等価直列抵抗Ｒ_１が全長２ｍｍの水晶ユニットの等価直列抵抗の２倍以上と極めて大きな等価直列抵抗となると共に、バラツキも大きくなり、等価直列抵抗Ｒ_１の増加を抑制した音叉腕のより短い超小型の音叉型屈曲水晶振動子を実現ことは極めて困難であった。同時に、音叉型圧電振動子の長さを短く小型化すると等価インダクタンスＬ１が大きくなり、その振動子で発振器を構成し、その発振器の電源をオンにしたときに、その発振器の出力信号の立ち上がり時間（Ｌ１に比例する）、いわゆる起動時間が長くなるという課題が残されていた。
特開２００３−４３６３１０

このようなことから、等価直列抵抗Ｒ１の増加を抑制し、かつ、等価インダクタンスＬ１の小さい音叉腕のより短い超小型の音叉型圧電振動子を実現するには、新形状の音叉型圧電振動子と、その音叉型圧電振動子と蓋とケースとを備えて構成される圧電ユニットと、その圧電ユニットと増幅器とコンデンサと抵抗とを備えて構成される圧電発振器と、その圧電発振器を備えた電子機器と、それらの製造方法が所望されていた。

本発明は、以下の方法で従来の課題を有利に解決した逆相の屈曲モードで振動する、超小型の音叉型圧電振動子と、その音叉型圧電振動子と蓋とケースとを備えて構成される圧電ユニットと、その圧電ユニットと増幅器とコンデンサと抵抗とを備えて構成される圧電発振器と、その圧電発振器を備えた電子機器と、それらの製造方法を提供することを目的とするものである。

すなわち、本発明の圧電振動子の第１の態様は、基部部分と、その基部部分に接続された第１音叉腕と第２音叉腕と、枠とを備えて構成される音叉型圧電振動子で、第１音叉腕と第２音叉腕の各音叉腕は少なくとも第１振動部と第２振動部とを備えて構成され、第１振動部は第１幅と第１長さを備え、第２振動部は第１幅より大きい第２幅と第１長さより小さい第２長さを備え、第１振動部の上面と下面の少なくとも一面に溝が形成され、前記枠は少なくとも第１枠部分と第２枠部分と第３枠部分と第４枠部分とを備えて構成され、第１枠部分と第２枠部分は第１音叉腕と第２音叉腕の外側に第１音叉腕と第２音叉腕と共通の方向に延在して形成され、第１枠部分は第３枠部分と第４枠部分を介して第２枠部分に接続され、前記基部部分は接続部分を介して第３枠部分に接続され、第１枠部分から第４枠部分の外側側面の長さがそれぞれａ，ｂ，ｃ，ｄで与えられ、その和が第１長さ寸法Ｌｏで定義され、かつ、Ｌｏ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄで与えられ、第１枠部分から第４枠部分の内側側面の長さがそれぞれＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄで与えられ、その和が第２長さ寸法Ｌｉで定義され、かつ、Ｌｉ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄで与えられるとき、第１長さ寸法Ｌｏは２．４ｍｍより大きく、かつ、５ｍｍより小さく、第２長さ寸法Ｌｉは１．６ｍｍより大きく、かつ、４．４ｍｍより小さい圧電振動子である。
本発明の圧電振動子の第２の態様は、第１の態様において、第４枠部分は第１音叉腕と第２音叉腕と異なる方向に延在し、かつ、第３枠部分と共通の方向に延在し、第４枠部分の幅Ｆ４が第１音叉腕の第２振動部分と第２音叉腕の第２振動部分の間の間隔Ｗ３と異なる圧電振動子である。

本発明の圧電ユニットの第１の熊様は、第１の態様に記載の圧電振動子あるいは第２の態様に記載の圧電振動子とケースと蓋とを備えて構成される圧電ユニットで、ケースと蓋の各々は少なくとも第１固定部から第４固定部を備えていて、第１枠部分がケースの第１固定部と蓋の第１固定部の間にあるように、第１枠部分はケースの第１固定部と蓋の第１固定部に固定され、第２枠部分がケースの第２固定部と蓋の第２固定部の間にあるように、第２枠部分はケースの第２固定部と蓋の第２固定部に固定され、第３枠部分がケースの第３固定部と蓋の第３固定部の間にあるように、第３枠部分はケースの第３固定部と蓋の第３固定部に固定され、かつ、第４枠部分がケースの第４固定部と蓋の第４固定部の間にあるように、第４枠部分はケースの第４固定部と蓋の第４固定部に固定されている圧電ユニットである。
本発明の圧電ユニットの第２の態様は、第１の態様において、第１音叉腕の先端部と第４枠部分の間の間隔と第２音叉腕の先端部と第４枠部分の間の間隔がそれぞれ間隔Ｌ３で定義されるとき、第４枠部分の幅Ｆ４が間隔Ｌ３より大きい圧電ユニットである。

音叉型圧電振動子は音叉腕と基部部分と枠とを少なくとも備え、かつ、それらは一体に形成されると共に、枠をケースと蓋に挟むように、枠がケースと蓋の固定部に固定されるので、小さい等価インダクタンスＬ１を備えた音叉型圧電振動子が得られ、音叉型圧電振動子とケースと蓋とを備えて構成される超小型の圧電ユニットが実現できる。その結果、その音叉型圧電振動子を備えた圧電ユニットの長さ寸法が１．５ｍｍより小さい超小型の圧電ユニットが高品質で実現できる。この寸法は本発明によって初めてもたらされるものでありその作用効果は極めて大きなものである。

加えて、音叉型圧電振動子の等価インダクタンスＬ１が小さくなるので、本振動子を用いて構成される発振器の電源をオンにしたとき、その発振器の出力信号の起動時間が短くなるという作用効果が奏される。

さらに、等価直列抵抗Ｒ１が小さく、かつ、等価インダクタンスの小さい音叉型圧電振動子を備えた超小型の圧電ユニットと、増幅器と、コンデンサと抵抗とを備えて圧電発振器は構成されるので、超小型の圧電発振器でありながら消費電流（Ｒ１に大略比例する）が従来のものと遜色ないという優れた作用効果がもたらされる。加えて、その圧電発振器を備えて構成される電子機器は電子機器の設計において自由度が増し、より多くの情報を備えた電子機器が実現できるという作用効果が奏される。

以下、本発明の実施の形態に係わる圧電振動子と圧電ユニットを図面に基づき具体的に述べる。

実施１の形態に係わる音叉型圧電振動子

図１は本発明の実施１の形態に係わる逆相の屈曲モードで振動する音叉型圧電振動子１００の平面図を示す。図１では、音叉腕に配置される電極と、基部部分に配置される電極とフレームに配置される電極は省略されている。音叉型圧電振動子１００は基部部分３０と、その基部部分３０に接続された音叉腕１０と音叉腕２０と、基部部分３０に接続された接続部分４０と、その接続部分４０に接続された第３枠部分３と、その第３枠部分３に接続された第１枠部分１と第２枠部分２と、その第１枠部分１と第２枠部分２に接続された第４枠部分４とを備えて構成される。それ故、枠は第１枠部分から第４枠部分で構成されている。

すなわち、基部部分３０は接続部分４０を介して第３枠部分３に接続されている。さらに、音叉腕１０は第１振動部１１と第２振動部１３とを少なくとも備えている。第１振動部１１は第１幅Ｗと第１長さＬとを少なくとも備え、第２振動部１３は第１幅Ｗより大きい第２幅Ｗｅと第１長さＬより小さい第２長さＬｅとを少なくとも備えている。加えて、第１振動部１１の上面に溝１２が、下面に溝３２（図示されていない）が形成されている。同様に、音叉腕２０は第１振動部２１と第２振動部２３とを少なくとも備えている。第１振動部２１は第１幅Ｗと第１長さＬとを少なくとも備え、第２振動部２３は第１幅Ｗより大きい第２幅Ｗｅと第１長さＬより小さい第２長さＬｅとを少なくとも備えている。加えて、第１振動部２１の上面に溝２２が、下面に溝４２（図示されていない）が形成されている。

詳述するならば、音叉腕１０、２０の各音叉腕は第１振動部と第２振動部を備え、第１振動部は第１幅Ｗと第１長さＬとを有し、第１振動部の第１長さＬは第２振動部の第２長さＬｅより大きく、第１振動部の第１幅Ｗは第２振動部の第２幅Ｗｅより小さくなる寸法を有し、第１振動部の第１幅Ｗは０．０３ｍｍより大きく、かつ、０．０５ｍｍより小さく、好ましくは、０．０３５ｍｍから０．０４８ｍｍの範囲内にある。また、第１振動部の第１長さＬは０．３ｍｍから０．７５ｍｍの範囲内にあり、好ましくは、０．３２ｍｍから０．７２ｍｍの範囲内にある。さらに、第２振動部の第２幅Ｗｅと第２長さＬｅとの間には、Ｗｅ＜ＬｅあるいはＷｅ＝Ｌｅの関係があり、第２幅Ｗｅは０．１２ｍｍから０．２６ｍｍの範囲内に、第２長さＬｅは０．１５ｍｍより大きく、かつ、０．５ｍｍより小さい、好ましくは、０．１７ｍｍから０．３８ｍｍの範囲内にある。

また、第１枠部分１と音叉腕２０の第１振動部分２１との間の間隔をＷ５（図示されていない）で定義され、第２枠部分２と音叉腕１０の第１振動部分１１との間の間隔をＷ６（図示されていない）で定義されるとき、Ｗｅ＞Ｗ５、Ｗ６の関係を備え、間隔Ｗ５と間隔Ｗ６の各々は０．０２ｍｍから０．１８ｍｍの範囲内にあり、好ましくは、０．０３ｍｍから０．１６ｍｍの範囲内にある。さらに、間隔Ｗ３と間隔Ｗ５と間隔Ｗ６との間には、Ｗ３＜Ｗ５、Ｗ６の関係があり、間隔Ｗ３は０．０１５ｍｍから０．０７ｍｍの範囲内にある。

加えて、音叉腕１０の第１振動部１１と音叉腕２０の第１振動部２１の間にある間隔をＷ７（図示されていない）で定義されると、音叉腕１０、２０の各音叉腕の第２振動部の第２幅Ｗｅと間隔Ｗ７との間には、Ｗｅ＝Ｗ７あるいはＷｅ≠Ｗ７の関係を備える。すなわち、Ｗｅ＞Ｗ７あるいはＷｅ＜Ｗ７．また、間隔Ｗ７と間隔Ｗ５と間隔Ｗ６との間には、Ｗ７＞Ｗ５、Ｗ６の関係を備えている。さらに、基部部分３０は幅Ｗ２と長さＬ２を、接続部分４０は幅Ｗ１と長さＬ１を有している。加えて、第１枠部分１は外側の寸法ａと内側の寸法Ａと幅Ｆ１を、第２枠部分２は外側の寸法ｂと内側の寸法Ｂと幅Ｆ２を、第３枠部分３は外側の寸法ｃと内側の寸法Ｃと幅Ｆ３を、そして、第４枠部分４は外側の寸法ｄと内側の寸法Ｄと幅Ｆ４を有している。

さらに、音叉腕１０の第２振動部１３と音叉腕２０の第２振動部２３の間の間隔Ｗ３で、音叉腕１０の第２振動部１３と第２枠部分２の間の間隔Ｗ４で与えられる。同様に、音叉腕２０の第２振動部２３と第１枠部分１の間も間隔Ｗ４で与えられる。加えて、第４枠部分４と音叉腕１０の第２振動部１３との間の間隔Ｌ３で、同様に、第４枠部分４と音叉腕２０の第２振動部２３との間も間隔Ｌ３で与えられる。すなわち、間隔Ｌ３は音叉腕１０の先端部と第４枠部分４の間隔で、かつ、音叉腕２０の先端部と第４枠部分４の間隔でもある。さらに、基部部分３０と第１枠部分１との間の間隔がＷ８（図示されていない）で与えられ、基部部分３０と第２枠部分２との間の間隔がＷ９（図示されていない）で与えられる。

さらに詳述するならば、間隔Ｗ４はＷ４＝Ｗ３またはＷ４≠Ｗ３の関係を備え、すなわち、Ｗ４＞Ｗ３またはＷ４＜Ｗ３の関係を備え、間隔Ｗ４は０．０１ｍｍより大きく、かつ、０．２ｍｍより小さく、好ましくは、０．０１２ｍｍから０．１８ｍｍの範囲内に、より好ましくは、０．０２５ｍｍから０．１ｍｍの範囲内にある。さらに、間隔Ｌ３はＬ３＝Ｗ４またはＬ３≠Ｗ４の関係を備え、すなわち、Ｌ３＞Ｗ４またはＬ３＜Ｗ４の関係を備え、Ｌ３は０．０１ｍｍより大きく、かつ、０．２ｍｍより小さく、好ましくは、０．０１５ｍｍから０．１８ｍｍの範囲内にあり、より好ましくは、０．０２５ｍｍから０．１ｍｍの範囲内にある。また、Ｗ３、Ｗ４＜Ｗ８、Ｗ９の関係を備えている。

さらに、基部部分３０の長さＬ２は間隔Ｌ３より大きく、または等しく、すなわち、Ｌ２＞Ｌ３またはＬ２＝Ｌ３の関係を有し、また、接続部分４０の長さＬ１と間隔Ｌ３は等しいか、または異なる寸法を有する。換言するならば、Ｌ１＝Ｌ３またはＬ１≠Ｌ３、すなわち、Ｌ１＞Ｌ３またはＬ１＜Ｌ３の関係を有する。加えて、音叉腕１０の第２振動部１３の幅Ｗｅは音叉腕１０の第１振動部１１と第２枠部分２の間の間隔より大きく、かつ、音叉腕２０の第２振動部２３の幅Ｗｅは音叉腕２０の第１振動部２１と第１枠部分１の間の間隔より大きい。さらに、Ｌ２＜Ｌ３の関係を備えていても良い。

また、音叉腕１０と音叉腕２０の各音叉腕の第１振動部の幅Ｗと長さＬの比（Ｗ／Ｌ）は０．０９８より大きく、好ましくは、０．０９８１から０．１１の範囲内にある。あるいは、比（Ｗ／Ｌ）は０．０９７より小さく、好ましくは、０．０８８から０．０９６８の範囲内にある。

さらに、音叉腕１０と音叉腕２０の各音叉腕の第２振動部の第２長さＬｅと基部部分３０の長さＬ２と第３枠部分３の幅Ｆ３との間には、Ｌｅ＞Ｌ２、Ｆ３の関係が存在する。また、接続部分４０の幅Ｗ１と基部部分３０の幅Ｗ２と第３枠部分３の内側側面の長さＣとの間には、Ｗ１＜Ｗ２、Ｃの関係を備えている。また、幅Ｗ１は０．０４ｍｍより大きく、かつ、０．２ｍｍより小さい、好ましくは、０．０４５から０．１８ｍｍの範囲内に、より好ましくは、０．０４５ｍｍから０．０９３ｍｍの範囲内にある。さらに、

加えて、基部部分３０の長さＬ２と接続部分４０の長さＬ１と第３枠部分３の幅Ｆ３との間には、Ｌ２＞Ｌ１、Ｆ３の関係が存在し、長さＬ２は０．０２５ｍｍから０．１２ｍｍの範囲内に、好ましくは、０．０２５ｍｍから０．０８ｍｍの範囲内に、より好ましくは、０．０２５ｍｍから０．０７８ｍｍの範囲内にある。また、長さＬ１は０．０１ｍｍより大きく、かつ、０．１２ｍｍより小さい、好ましくは、０．０１５ｍｍから０．０８ｍｍの範囲内に、より好ましくは、０．０１５ｍｍから０．０４ｍｍの範囲内にある。

さらに、枠の枠部分の幅Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４の４個の幅は通常Ｆ１＝Ｆ２＝Ｆ３＝Ｆ４の関係を備えるが、４個の幅すべて異なった幅でも良いし、４個の幅の内少なくとも１個の幅が異なっていても良い。例えば、第４枠部分４の幅Ｆ４が異なる場合には、Ｆ４≠Ｆ１＝Ｆ２＝Ｆ３の関係を、また、第３枠部分３の幅Ｆ３が異なる場合には、Ｆ３≠Ｆ１＝Ｆ２＝Ｆ４の関係を有する。さらなる例として、第３枠部分３の幅Ｆ３と第４枠部分４の幅Ｆ４が異なるときには、Ｆ３≠Ｆ４、すなわち、Ｆ３＞Ｆ４あるいはＦ３＜Ｆ４の関係がある。加えて、比（Ｆ４／Ｆ３）は０．４５から１．８の範囲内にあり、好ましくは、０．４５より大きく、かつ、１より小さい、あるいは１より大きく、かつ、１．８より小さい。いくつかの例を述べたが、多くの組み合わせが存在し、本発明はこれら全ての組み合わせを包含するものである。特に、長さ寸法を小さくして小型化を図るには、Ｆ１、Ｆ２はＦ３、Ｆ４と異なる幅を有し、好ましくは、Ｆ１、Ｆ２がＦ３、Ｆ４より大きく、すなわち、Ｆ１、Ｆ２＞Ｆ３、Ｆ４の関係を備え、Ｆ３とＦ４はＦ３＞Ｆ４、または、Ｆ３＝Ｆ４、または、Ｆ３＜Ｆ４のいずれかの関係を備えている。

加えて、第４枠部分４の幅Ｆ４はＦ４＞Ｌ１、Ｌ３、Ｗ３、Ｗ４の関係を有し、また、第１枠部分１の幅Ｆ１と第２枠部分２の幅Ｆ２はＦ１、Ｆ２＞Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｗ３の関係を有する。この場合には、Ｆ１＝Ｆ２またはＦ１≠Ｆ２の関係を有する。すなわち、Ｆ１＞Ｆ２またはＦ１＜Ｆ２の関係を有する。本発明は上記した関係に限定されるものではなく、Ｆ１、Ｆ２＜Ｆ３、Ｆ４の関係であっても良い。さらに、Ｆ４＝Ｌ２あるいはＦ４≠Ｌ２の関係を備えている。すなわち、Ｆ４＞Ｌ２あるいはＦ４＜Ｌ２の関係を備えている。

また、第１枠部分１から第４枠部分４の各枠部分の外側側面の長さの和が第１長さ寸法Ｌｏで定義されると、Ｌｏ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄで与えられる。音叉型圧電振動子とケースと蓋から成る圧電ユニットの実装面積が小さく、衝撃に強い音叉型圧電振動子を得るために、Ｌｏは２．４ｍｍより大きく、かつ、５ｍｍより小さく、好ましくは、２．５ｍｍから４．８ｍｍの範囲内に、より好ましくは、２．６ｍｍから４．７ｍｍの範囲内にある。

さらに、第１枠部分１から第４枠部分４の各枠部分の内側側面の長さの和が第２長さ寸法Ｌｉで定義されると、Ｌｉ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄで与えられる。等価インダクタンスＬ１が小さく、小さい容量比と小さい等価直列抵抗Ｒ１を備えた音叉型圧電振動子を得るために、音叉腕１０、２０の各寸法をできるだけ大きく、かつ、振動漏れによる振動エネルギーの損失を小さくするために、Ｌｉは１．６ｍｍより大きく、かつ、４．４ｍｍより小さく、好ましくは、１．８ｍｍから３．８ｍｍの範囲内に，より好ましくは、１．９ｍｍから３．７ｍｍの範囲内にある。実施１の形態に係わる音叉型圧電振動子では、Ａ＝Ｂ及び／又はＣ＝Ｄの関係を備えているが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ａ≠Ｂ及び／又はＣ≠Ｄの関係を備えていても良い。換言するならば、Ａ＞ＢあるいはＡ＜Ｂ及び／又はＣ＞ＤあるいはＣ＜Ｄの関係を備えている。

すなわち、第１長さ寸法と第２長さ寸法を限定することにより、音叉型圧電振動子とケースと蓋から成る圧電ユニットの実装面積が極めて小さく、等価インダクタンスＬ１が小さく、小さい容量比と小さい等価直列抵抗Ｒ１と、エージング特性に優れ、かつ、衝撃に強く、振動漏れによるエネルギー損失の小さい音叉型圧電振動子が得られるという作用効果が奏される。加えて、本音叉型圧電振動子を搭載した発振器の出力信号の起動時間が短くなるという著しい作用効果がもたらされる。

また、音叉型圧電振動子１００の音叉腕１０、２０と基部部分３０と接続部分４０と第１枠部分１から第４枠部分４は一体に形成される。

本実施１の形態に係わる音叉型圧電振動子では第１振動部と第２振動部を備えているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、第１振動部と第２振動部の間に、第３振動部または第３振動部と第４振動部を含む幅の異なる２個以上の振動部を形成しても良い。換言するならば、第３振動部と第４振動部と第５振動部と第６振動部と・・・とＮ１振動部、ただし、Ｎ１は７以上の整数である。例えば、Ｎ１＝１０の場合には、第３振動部から第１０振動部を備えている。すなわち、第３振動部から第Ｎ２振動部を備えている。ただし、Ｎ２は４以上の整数である。

第１の例では、少なくとも第３振動部が第１振動部と第２振動部の間に形成される場合には、第３振動部の第３幅は第１振動部の第１幅Ｗより大きく、かつ、第２振動部の第２幅Ｗｅより小さい。また、第３振動部の第３長さは第１振動部の第１長さＬより小さく、かつ、第２振動部の第２長さＬｅより小さい。また、第２振動部の第２長さＬｅと第３振動部の第３長さの和が長さＬ４で定義されると、長さＬ４は第１振動部の第１長さＬより小さい。第３振動部が第１振動部と第２振動部の間にある場合には、音叉腕１０と音叉腕２０の各音叉腕の比（Ｗｅ／Ｗ）は３．３から６．１の範囲内に、好ましくは、３．３から５．９の範囲内にある。加えて、各音叉腕の全体の長さＬｔ（＝Ｌ＋Ｌｅ）は０．４５ｍｍから０．９２ｍｍの範囲内にある。好ましくは、０．４５ｍｍから０．８８ｍｍの間にある。

すなわち、音叉型圧電振動子を搭載した発振器では、その発振器の出力信号が一定の値になる時間は振動子形状と寸法と密接な関係がある。それ故、本発明では出力信号が一定の値となるその値の約８０％に達するまでの時間を立ち上がり時間、あるいは起動時間という。音叉腕１０と音叉腕２０の各音叉腕の比（Ｗｅ／Ｗ）が３．３で、長さＬｔが０．４５ｍｍのとき、起動時間が約０．３秒となり、比（Ｗｅ／Ｗ）が６．１で、かつ、Ｌｔが０．９２ｍｍのとき、起動時間が約０．７秒となり、音叉型圧電振動子を従来のものより小型化しても起動時間の短い発振器が得られるという作用効果が奏される。この結果は従来の大きなものと比較しても遜色のない結果であることは言うまでもない。

第２の例では、少なくとも第３振動部と第４振動部が第１振動部と第２振動部の間に形成される場合には、第３振動部の第３幅と第４振動部の第４幅の各幅、あるいは少なくとも一方の幅は第１振動部の第１幅Ｗより大きく、かつ、第２振動部の第２幅Ｗｅより小さい。また、第３振動部の第３長さと第４振動部の第４長さの各長さ、あるいは少なくとも一方の長さは第１振動部の第１長さＬより小さく、かつ、第２振動部の第２長さＬｅより小さい。

すなわち、第３振動部から第Ｎ２振動部（Ｎ２は４以上）が第１振動部と第２振動部の間に形成される場合には、第３振動部の第３幅と第Ｎ２振動部の第Ｎ２幅の各幅、あるいは少なくとも１個の振動部の幅は第１振動部の第１幅Ｗより大きく、かつ、第２振動部の第２幅Ｗｅより小さい。加えて、第３振動部の第３長さと第Ｎ２振動部の第Ｎ２長さの各長さ、あるいは少なくとも一個の振動部の長さは第１振動部の第１長さＬより小さく、かつ、第２振動部の第２長さＬｅより小さい。第３振動部と第Ｎ２振動部が第１振動部と第２振動部の間にある場合には、０．３秒から０．７秒の起動時間を得るために、音叉腕１０と音叉腕２０の各音叉腕の比（Ｗｅ／Ｗ）は３．４から６．３の範囲内に、好ましくは、３．４から６．１の範囲内にある。加えて、各音叉腕の全体の長さＬｔ（＝Ｌ＋Ｌｅ）は０．４５ｍｍから０．９２ｍｍの範囲内にある。好ましくは、０．４５ｍｍから０．８８ｍｍの間にある。

本実施１の形態では、少なくとも四つの角度を有する四角形をした枠であるが、すなわち、少なくとも第１枠部分から第４枠部分を備えた四個の枠であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、五角形以上（少なくとも第１枠部分から第５枠部分を備えた五個以上の枠）の形状をした枠も含まれる。

加えて、本実施１の形態では、音叉型圧電振動子は第１枠部分から第４枠部分を備えているが、本発明はこれに限定されるものではなく、第４枠部分はなくても良い。すなわち、第１枠部分から第３枠部分を備えていても良い。この場合には、第１枠部分がケースの第１固定部に固定され、第２枠部分がケースの第２固定部に固定される。また、蓋がケースの開口部を真空中で封止するために、蓋がケースに接続される。

実施１の形態に係わる圧電ユニット

図２は本発明の実施１の形態に係わる圧電ユニット２００の側面図である。圧電ユニット２００はすでに述べた実施１の形態に係わる音叉型圧電振動子１００とケース６０と蓋５０とを備えて構成されている。音叉型圧電振動子１００の第１枠部分１はケース６０と蓋５０の間にある。また、ケース６０は内部空間６５を有し、蓋５０も同様に内部空間５５を有している。加えて、音叉型圧電振動子１００は厚みＴ１を、ケース６０は厚みＴ３を有し、そのケースの内部空間６５の深さはＴ５で与えられる。一方、蓋５０は厚みＴ２を有し、その蓋の内部空間５５の深さはＴ４で与えられる。それ故、圧電ユニット２００の厚みＴはＴ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３で与えられる。Ｔは０．６ｍｍより小さく、好ましくは、０．２ｍｍより大きく、かつ、０．５ｍｍより小さく、より好ましくは、０．２５ｍｍから０．３８ｍｍの範囲内にある。

更に詳述するならば、ケース６０と蓋５０の各々は第１固定部から第４固定部を備えていて、実施１の形態に係わる音叉型圧電振動子１００の第１枠部分がケース６０の第１固定部と蓋の第１固定部に固定される。すなわち、第１枠部分がケースの第１固定部と蓋の第１固定部の間にある（挟まれる）ように第１枠部分は固定される。同様に、音叉型圧電振動子１００の第２枠部分がケース６０の第２固定部と蓋の第２固定部に固定される。すなわち、第２枠部分がケースの第２固定部と蓋の第２固定部の間にある（挟まれる）ように第２枠部分は固定される

さらに、音叉型圧電振動子１００の第３枠部分がケース６０の第３固定部と蓋の第３固定部に固定される。すなわち、第３枠部分がケースの第３固定部と蓋の第３固定部の間にある（挟まれる）ように第３枠部分は固定される。同様に、音叉型圧電振動子１００の第４枠部分がケース６０の第４固定部と蓋の第４固定部に固定される。すなわち、第４枠部分がケースの第４固定部と蓋の第４固定部の間にある（挟まれる）ように第４枠部分は固定される。また、等価直列抵抗Ｒ１の小さい音叉型圧電振動子を得るために、その振動子は真空中に収納されている。

本実施１の形態に係わる圧電ユニットでは、少なくとも第１枠部分から第４枠部分を備えた音叉型圧電振動子を備えているが、本発明はこれに限定されるものではなく、五角形以上（少なくとも第１枠部分から第５枠部分を備えた五個以上の枠部分）の形状をした枠を備えた音叉型圧電振動子も含まれる。この場合には、ケースと蓋の各々が少なくとも第５固定部を含む五個以上の固定部を備え、音叉型圧電振動子の第５枠部分がケースの第５固定部と蓋の第５固定部に固定される。すなわち、音叉型圧電振動子の第５枠部分がケースの第５固定部と蓋の第５固定部の間にある（挟まれる）ように第５枠部分は固定される。第６枠部分、第７枠部分・・・・など無数の枠部分も同様に固定される。

さらに、音響効果の影響を受けない等価直列抵抗Ｒ１の小さい、等価インダクタンスＬ１が小さく、かつ、衝撃に強い音叉型圧電振動子を備えた圧電ユニットを実現するために、ケースの深さＴ５はＴ５＞Ｔ３／６、Ｔ５＜（３Ｔ３）／４の関係を備えている。同様に、蓋の深さＴ４はＴ４＞Ｔ２／６、Ｔ４＜（３Ｔ２）／４の関係がある。好ましくは、ケースの深さＴ５はＴ５＞Ｔ３／５、Ｔ５＜Ｔ３／２の関係を備えている。同様に、蓋の深さＴ４はＴ４＞Ｔ２／５、Ｔ４＜Ｔ２／２の関係がある。さらに、Ｔ４とＴ５は等しくても、あるいは異なっていても良い。すなわち、Ｔ４＝Ｔ５あるいはＴ４＞Ｔ５またはＴ４＜Ｔ５の関係を備えている。

具体的には、ケース６０の深さＴ５と蓋５０の深さＴ４はそれぞれ０．０１ｍｍから０．２ｍｍの範囲内にある。好ましくは、０．０１５ｍｍから０．１８ｍｍの範囲内に、より好ましくは、０．０２ｍｍから０．１５ｍｍの範囲内にある。また、Ｔ２とＴ３は０．０６ｍｍより大きく、かつ、０．２７ｍｍより小さく、好ましくは、０．０８ｍｍから０．１６ｍｍの範囲内にある。さらに、温度変化による圧電ユニットの音叉型圧電振動子とケースと蓋との間の歪を小さくするために、Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ３の関係を備えている。しかしながら、本発明では、これに限定されることなく、Ｔ１≠Ｔ２、Ｔ３の関係であっても良い。すなわち、Ｔ１＞Ｔ２，Ｔ３またはＴ１＜Ｔ２、Ｔ３、あるいはＴ２＝Ｔ３またはＴ２≠Ｔ３の関係であっても良い。すなわち、Ｔ２＞Ｔ３またはＴ２＜Ｔ３。

さらに、例えば、音叉型圧電振動子は水晶から作られた音叉型水晶振動子で、また、ケースと蓋は水晶などの結晶から作られている。加えて、音叉型圧電振動子とケースと蓋の加工は化学的、物理的、機械的なエッチング法などの少なくとも一つの方法を用いて形成される。

また、本発明の実施１の形態に係わる圧電ユニットは圧電発振器として用いられる。すなわち、圧電発振器を構成する圧電発振回路図は増幅器（ＣＭＯＳインバータ）と、帰還抵抗と、ドレイン抵抗と、複数のコンデンサと音叉型圧電振動子とを備えて構成されている。すなわち、圧電発振回路は増幅器と帰還抵抗とを備えて構成される増幅回路と、ドレイン抵抗とゲート側のコンデンサとドレイン側のコンデンサとケースと蓋あるいはケースに固定された音叉型圧電振動子１００とを備えて構成される帰還回路とを備えて構成される。

詳細には、圧電発振回路は増幅回路と帰還回路を備えて構成されていて、増幅回路は少なくとも増幅器から構成され、帰還回路は少なくとも音叉型圧電振動子とコンデンサとを備えて構成されている。又、圧電発振器の圧電発振回路に用いられる音叉型圧電振動子は容器（ユニット）に収納されている。いわゆる、圧電ユニットが圧電発振回路に用いられる。そして、本発明の圧電ユニットを備えた圧電発振器の出力信号は携帯機器やファクシミリなどの電子機器の表示部に時間情報を表示するための信号として用いられる。

本発明の音叉型圧電振動子と圧電ユニットは小型化しても小さい等価直列抵抗Ｒ１と小さい等価インダクタンスＬ１とを備えているので、より小型化された音叉型圧電振動子と圧電ユニットを特に必要とする携帯電話などの携帯機器や民生機器を含む電子機器に適用できる。

本発明の実施１の形態に係わる逆相の屈曲モードで振動する音叉型圧電振動子の平面図を示す。 本発明の実施１の形態に係わる圧電ユニットの側面図を示す。

１００ 音叉型圧電振動子
１０，２０ 音叉腕
３０ 基部部分
４０ 接続部分
１〜４ 第１フレーム〜第４フレーム
Ｌ 音叉腕の第１振動部分の長さ
Ｌ１ 接続部分の長さ、
Ｌ２ 基部部分の長さ
Ｗ１ 接続部分の幅
Ｗ２ 基部部分の幅
Ｆ１〜Ｆ４ 第１フレーム〜第４フレームの幅
ａ 第１フレームの外側の長さ寸法
ｂ 第２フレームの外側の長さ寸法
ｃ 第３フレームの外側の長さ寸法
ｄ 第４フレームの外側の長さ寸法
２００ 圧電ユニット
５０ 蓋
６０ ケース
Ａ 第１フレームの内側の長さ寸法
Ｂ 第２フレームの内側の長さ寸法
Ｃ 第３フレームの内側の長さ寸法
Ｄ 第４フレームの内側の長さ寸法
Ｗｅ 音叉腕の第２振動部の幅

Claims (4)

1. 基部部分と、その基部部分に接続された第１音叉腕と第２音叉腕と、枠とを備えて構成される音叉型圧電振動子で、
   第１音叉腕と第２音叉腕の各音叉腕は少なくとも第１振動部と第２振動部とを備えて構成され、第１振動部は第１幅と第１長さを備え、第２振動部は第１幅より大きい第２幅と第１長さより小さい第２長さを備え、第１振動部の上面と下面の少なくとも一面に溝が形成され、
   前記枠は少なくとも第１枠部分と第２枠部分と第３枠部分と第４枠部分とを備えて構成され、第１枠部分と第２枠部分は第１音叉腕と第２音叉腕の外側に第１音叉腕と第２音叉腕と共通の方向に延在して形成され、第１枠部分は第３枠部分と第４枠部分を介して第２枠部分に接続され、前記基部部分は接続部分を介して第３枠部分に接続され、
   第１枠部分から第４枠部分の外側側面の長さがそれぞれａ，ｂ，ｃ，ｄで与えられ、その和が第１長さ寸法Ｌｏで定義され、かつ、Ｌｏ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄで与えられ、第１枠部分から第４枠部分の内側側面の長さがそれぞれＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄで与えられ、その和が第２長さ寸法Ｌｉで定義され、かつ、Ｌｉ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄで与えられるとき、第１長さ寸法Ｌｏは２．４ｍｍより大きく、かつ、５ｍｍより小さく、第２長さ寸法Ｌｉは１．６ｍｍより大きく、かつ、４．４ｍｍより小さいことを特徴とする圧電振動子。
2. 請求項１において、第４枠部分は第１音叉腕と第２音叉腕と異なる方向に延在し、かつ、第３枠部分と共通の方向に延在し、第４枠部分の幅Ｆ４が第１音叉腕の第２振動部分と第２音叉腕の第２振動部分の間の間隔Ｗ３と異なることを特徴とする圧電振動子。
3. 請求項１に記載の圧電振動子あるいは請求項２に記載の圧電振動子とケースと蓋とを備えて構成される圧電ユニットで、
   ケースと蓋の各々は少なくとも第１固定部から第４固定部を備えていて、第１枠部分がケースの第１固定部と蓋の第１固定部の間にあるように、第１枠部分はケースの第１固定部と蓋の第１固定部に固定され、第２枠部分がケースの第２固定部と蓋の第２固定部の間にあるように、第２枠部分はケースの第２固定部と蓋の第２固定部に固定され、第３枠部分がケースの第３固定部と蓋の第３固定部の間にあるように、第３枠部分はケースの第３固定部と蓋の第３固定部に固定され、かつ、第４枠部分がケースの第４固定部と蓋の第４固定部の間にあるように、第４枠部分はケースの第４固定部と蓋の第４固定部に固定されていることを特徴とする圧電ユニット。
4. 請求項３において、第１音叉腕の先端部と第４枠部分の間の間隔と第２音叉腕の先端部と第４枠部分の間の間隔がそれぞれ間隔Ｌ３で定義されるとき、第４枠部分の幅Ｆ４が間隔Ｌ３より大きいことを特徴とする圧電ユニット。

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