JP5526312B2

JP5526312B2 - 圧電振動子、圧電ユニット、圧電発振器と電子機器

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Publication number: JP5526312B2
Application number: JP2012233254A
Authority: JP
Inventors: 宏文川島
Original assignee: 有限会社ピエデック技術研究所
Priority date: 2012-10-03
Filing date: 2012-10-03
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2029-06-25
Also published as: JP2013070380A

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。

一例として、特許文献１の段落００３５には、屈曲モードで振動する音叉形状の屈曲水晶振動子１４５の平面図が示され、音叉腕（振動部）の先端部の腕幅を広くした形状を有することにより、音叉腕が質量効果を持つ。それ故、同じ周波数でもより腕の長さを短くできるので小型化ができ、実際には、腕幅を広くする音叉腕の長さは、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まで、広く形成される。即ち、前記範囲内で任意の位置に幅が広く設けられる。ことが記載されている。すなわち、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。この形状では、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_ｍの増加を抑え、かつ、ある程度の小型化（例えば、全長が２ｍｍの水晶ユニット）を図ることができるが、全長が２ｍｍ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_ｍ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_ｍ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。
特開２００３−４３６３１０

このようなことから、基本波モード振動での等価直列抵抗Ｒ_ｍの増加を抑制した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、新形状で、かつ、新電極配置を備えた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、前記基部部分に接続された第１音叉腕と第２音叉腕とを備えて構成され、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の一端部が前記基部部分に接続され、他端部が自由である音叉型圧電振動子で、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の上面と下面の各々に溝が形成され、かつ、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々は、第１幅を備えた第１振動部と、前記第１幅より大きい第２幅を備えた第２振動部と、前記第２幅より大きい第３幅を備えた第３振動部と、を少なくとも備え、前記第２振動部は前記第１振動部と前記第３振動部の間に形成され、かつ、前記第３振動部は前記第２振動部より音叉腕の先端部分の側に形成され、前記第１振動部の側面と前記第２振動部の側面は第１接続部分の側面を介して接続され、前記第２振動部の側面と前記第３振動部の側面は第２接続部分の側面を介して接続され、前記第１接続部分と前記第２接続部分の各接続部分は前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各音叉腕の第１長さ部分より長い音叉腕の先端部分の側にある圧電振動子である。
本発明の圧電ユニットの第１の態様は、ケースと、圧電振動子と、蓋と、を備えて構成される圧電ユニットで、前記圧電振動子は基部部分と、前記基部部分に接続された第１音叉腕と第２音叉腕とを備えて構成され、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の一端部が前記基部部分に接続され、他端部が自由である音叉型圧電振動子であって、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の上面と下面の各々に溝が形成され、かつ、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々は、第１幅を備えた第１振動部と、前記第１幅より大きい第２幅を備えた第２振動部と、前記第２幅より大きい第３幅を備えた第３振動部と、を少なくとも備え、前記第２振動部は前記第１振動部と前記第３振動部の間に形成され、かつ、前記第３振動部は前記第２振動部より音叉腕の先端部分の側に形成され、前記第１振動部の側面と前記第２振動部の側面は第１接続部分の側面を介して接続され、前記第２振動部の側面と前記第３振動部の側面は第２接続部分の側面を介して接続され、前記第１接続部分と前記第２接続部分の各接続部分は前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各音叉腕の第１長さ部分より長い音叉腕の先端部分の側にあり、前記ケースの開口部と前記蓋とが接続されている圧電ユニットである。

本発明の圧電発振器の第１の態様は、圧電ユニットを備えて構成される圧電発振器で、前記圧電ユニットはケースと、圧電振動子と、蓋と、を備えて構成される圧電ユニットで、前記圧電振動子は基部部分と、前記基部部分に接続された第１音叉腕と第２音叉腕とを備えて構成され、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の一端部が前記基部部分に接続され、他端部が自由である音叉型圧電振動子であって、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の上面と下面の各々に溝が形成され、かつ、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々は、第１幅を備えた第１振動部と、前記第１幅より大きい第２幅を備えた第２振動部と、前記第２幅より大きい第３幅を備えた第３振動部と、を少なくとも備え、前記第２振動部は前記第１振動部と前記第３振動部の間に形成され、かつ、前記第３振動部は前記第２振動部より音叉腕の先端部分の側に形成され、前記第１振動部の側面と前記第２振動部の側面は第１接続部分の側面を介して接続され、前記第２振動部の側面と前記第３振動部の側面は第２接続部分の側面を介して接続され、前記第１接続部分と前記第２接続部分の各接続部分は前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各音叉腕の第１長さ部分より長い音叉腕の先端部分の側にあり、前記ケースの開口部と前記蓋とが接続されている圧電発振器である。
本発明の電子機器の第１の態様は、表示部と、圧電発振器を備えて構成される電子機器で、前記圧電発振器は圧電ユニットを備え、前記圧電ユニットはケースと圧電振動子と蓋とを備えて構成され、前記圧電振動子は基部部分と、前記基部部分に接続された第１音叉腕と第２音叉腕とを備えて構成され、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の一端部が前記基部部分に接続され、他端部が自由である音叉型圧電振動子であって、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の上面と下面の各々に溝が形成され、かつ、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々は、第１幅を備えた第１振動部と、前記第１幅より大きい第２幅を備えた第２振動部と、前記第２幅より大きい第３幅を備えた第３振動部と、を少なくとも備え、前記第２振動部は前記第１振動部と前記第３振動部の間に形成され、かつ、前記第３振動部は前記第２振動部より音叉腕の先端部分の側に形成され、前記第１振動部の側面と前記第２振動部の側面は第１接続部分の側面を介して接続され、前記第２振動部の側面と前記第３振動部の側面は第２接続部分の側面を介して接続され、前記第１接続部分と前記第２接続部分の各接続部分は前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各音叉腕の第１長さ部分より長い音叉腕の先端部分の側にあり、前記ケースの開口部と前記蓋とが接続され、前記圧電発振器の出力信号は前記表示部に時間情報を表示するための電子機器の動作用の信号である電子機器である。

この構成により、等価直列抵抗Ｒ_ｍの増加を抑えた超小型の音叉型圧電振動子が実現できる。その結果、その音叉型圧電振動子を備えた水晶ユニットの長さ寸法が１．８ｍｍより小さい超小型の水晶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、等価直列抵抗Ｒ_ｍの増加を抑えた、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（Ｒ_ｍ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。さらに、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と圧電発振器と電子機器とそれらの製造方法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２個の接続部分３１と接続部分３２と、接続部分３１に接続されたフレーム３３と接続部分３２に接続されたフレーム３４とを備えて構成される。そして、音叉腕１０と音叉腕２０の各々の一端部は基部部分３０に接続されている。

また、音叉腕１０は第１振動部１１と第２振動部１２と第３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_１を少なくとも備え、第２振動部１２は第１幅Ｗ_１より大きい第２幅Ｗ_２を少なくとも備え、第３振動部１３は第２幅Ｗ_２より大きい第３幅Ｗ_３を少なくとも備えていて、第１振動部１１と第２振動部１２は接続部分１４を介して接続され、第２振動部１２と第３振動部１３は接続部分を介して接続されている。加えて、第１振動部１１の上面に溝１５が、下面に溝５５（図２参照）が形成され、第２振動部１２の上面に溝１６が、下面に溝５６（図３参照）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２２と第３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_１を少なくとも備え、第２振動部２２は第１幅Ｗ_１より大きい第２幅Ｗ_２を少なくとも備え、第３振動部２３は第２幅Ｗ_２より大きい第３幅Ｗ_３を少なくとも備えていて、第１振動部２１と第２振動部２２は接続部分２４を介して接続され、第２振動部２２と第３振動部２３は接続部分を介して接続されている。加えて、第１振動部２１の上面に溝２５が、下面に溝６５（図２参照）が形成され、第２振動部２２の上面に溝２６が、下面に溝６６（図３参照）が形成されている。

詳述するならば、フレーム３３が一方の接続部分３１を介して基部部分３０に接続され、フレーム３４が他方の接続部分３２を介して基部部分３０に接続される。さらに、本実施１の形態に係わる音叉型圧電振動子１００は、フレーム３３と固定フレーム３４が収納される容器の固定部に導電性接着剤又は半田等で固定される。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の一端部が基部部分３０に接続されている。そして、基部部分３０に接続されたその一端部の幅は幅Ｗ_１より大きく形成される。すなわち、音叉腕１０の第１振動部１１と音叉腕２０の第１振動部２１の各々は２個以上の複数の異なる幅を備えている。

さらに詳述するならば、音叉型圧電振動子１００は基部部分３０と、その基部部分３０に接続された第１音叉腕１０と第２音叉腕２０と、その基部部分３０に接続された第１接続部分３１と第２接続部分３２と、第１接続部分３１に接続された第１フレーム３３と第２接続部分３２に接続された第２フレーム３４とを備えて構成される。さらに、第１音叉腕１０と第２音叉腕２０の各々の一端部が基部部分３０に接続され、他端部が自由である音叉型圧電振動子である。また、第１接続部分３１と第２接続部分３２の各々は第１端部と第２端部を備えていて、第１接続部分３１と第２接続部分３２の各々の第１端部が基部部分３０に接続されると共に、第１接続部分３１の第２端部が第１フレーム３３の側面に接続され、かつ、第２接続部分３２の第２端部が第２フレーム３４の側面に接続されている。更に、第１フレーム３３と第２フレーム３４は音叉の叉部側と異なる音叉の外側に、第１音叉腕１０と第２音叉腕２０と共通の方向に延びて形成され、第１フレーム３３と第２フレーム３４は基部部分３０に対して互いに反対の位置にある。また、第１音叉腕１０と第２音叉腕２０は長さ寸法Ｌを有している。本発明では、Ｌ／２の位置を第１長さ部分と呼び、接続部分１４，２４は第１長さ部分より短い基部部分３０の側にある。

さらに、第１音叉腕１０と第２音叉腕２０の第１幅Ｗ_１と第２幅Ｗ_２と第３幅Ｗ_３との間には、Ｗ_１＜Ｗ_２とＷ_２＜Ｗ_３の関係がある。加えて、第１幅Ｗ_１の溝幅をＷ_１ｍ、溝の長さをＬ_１ｍ、第２幅Ｗ_２の溝幅をＷ_２ｍ、溝の長さをＬ_２ｍとすると、Ｗ_１ｍ＜Ｗ_２ｍで、かつ、Ｌ_１ｍ＞Ｌ_２ｍの第１の関係、あるいはＷ_１ｍ＝Ｗ_２ｍで、かつ、Ｌ_１ｍ＞Ｌ_２ｍの第２の関係がある。第１と第２の両方の関係で、以下の段落００２７で述べるように、等価直列抵抗Ｒ_ｍが従来のものと遜色のないものが得られる。加えて、音叉型圧電振動子の電気的等価回路における直列共振周波数をｆ_ｍ、品質係数をＱ_ｍ、Ｑ_ｍｆ＝Ｑ_ｍ／ｆ_ｍとすると、第１と第２の両方の関係で、Ｑ_ｍｆは小さくなる。それ故、圧電発振回路での起動特性、すなわち、電源を入れたときの立ち上がり時間ｔ_ｒはＱ_ｍｆに比例するので、立ち上がり時間ｔ_ｒを短くできるという作用効果が奏される。

さらに詳述するならば、本発明では、音叉型圧電振動子の基本波モード振動の負性抵抗の絶対値｜−ＲＬ_ｍ｜と、基本波モード振動の品質係数Ｑ_ｍと等価直列抵抗Ｒ_ｍを備えた音叉型圧電振動子を少なくとも備えて構成される圧電発振回路の電源を入れたときに、圧電発振回路の出力信号が安定となる出力信号の８０％に達したときの時間を立ち上がり時間ｔ_ｒと定義される。そして、この定義の基で、第１の例として、ｔ_ｒ＜０．８秒の関係を得るには、４π＋５Ｑ_ｍｆ＜４π｜−ＲＬ_ｍ｜／Ｒ_ｍの関係により達成することができる。さらに、第２の例として、ｔ_ｒ＜０．５秒の関係を得るには、２π＋４Ｑ_ｍｆ＜２π｜−ＲＬ_ｍ｜／Ｒ_ｍの関係により達成することができる。加えて、第３の例として、ｔ_ｒ＜０．２秒の関係を得るには、２π＋１０Ｑ_ｍｆ＜２π｜−ＲＬ_ｍ｜／Ｒ_ｍの関係により達成することができる。

さらに、上記した作用効果に加えて、特に、Ｗ_１ｍ＝Ｗ_２ｍで、かつ、Ｌ_１ｍ＞Ｌ_２ｍの関係では、第１振動部の溝の側面に配置される電極とその電極に対抗して配置される電極の間の電界の強度と、第２振動部の溝の側面に配置される電極とその電極に対抗して配置される電極の間の電界の強度は異なる。それ故、音叉型圧電振動子を駆動する電荷量を音叉腕の位置で制御でき、例えば、２次高調波モード振動を抑制する電荷量にすることによって、基本波モード振動の励振を容易にすることができる作用効果が奏される。

また、基部部分３０は幅Ｗ_５を備えた第１基部部分と、幅Ｗ_５より小さい幅Ｗ_６を備えた第２基部部分と、幅Ｗ_６より大きい幅Ｗ_５を備えた第３基部部分を備えて構成されている。すなわち、第１音叉腕１０と第２音叉腕２０の各々の一端部は第１基部部分に接続されている。さらに、第２基部部分は第１基部部分と第３基部部分の間にあり、第１フレーム３３は接続部分３１を介して第３基部部分に接続され、第２フレーム３４は接続部分３２を介して第３基部部分に接続されている。加えて、接続部分３１、３２は長さＬ_１を有し、Ｌ_１は振動の漏れ（ここでは、振動による固定部での振動エネルギーの漏れをいう）に著しい影響を与える。それ故、振動の漏れの低減を図るために本実施１の形態では、Ｌ_１は０．１８ｍｍより小さく、好ましくは、０．０１ｍｍより大きく０．０７５ｍｍより小さく、より好ましくは、０．０１５ｍｍより大きく０．０４ｍｍより小さい。また、本実施１の形態では、Ｗ_５＞Ｗ_６の関係を有するが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｗ_５＝Ｗ_６の関係も含む。次に、図１の音叉型圧電振動を駆動する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の配置について詳述する。

図２は、図１の音叉型圧電振動子１００の音叉腕１０と音叉腕２０の第１振動部１１、２１のＡ−Ａの断面図を示す。図２において、第１振動部１１、２１の電極の配置について詳述する。音叉腕１０の第１振動部１１の上面には溝１５が、下面には溝５５が形成され、音叉腕２０の第１振動部２１の上面には溝２５が、下面には溝６５が形成されている。さらに、溝１５には電極３が配置され、溝５５には電極３と同極となる電極４が配置され、かつ、接続されている。また、溝２５には電極７が配置され、溝６５には電極７と同極となる電極８が配置され、かつ、接続されている。加えて、音叉腕１０の第１振動部１１の内側側面には電極２が配置され、その内側側面に対抗する外側側面には電極２と同極となる電極１が配置され、かつ、接続されている。同様に、音叉腕２０の第１振動部２１の内側側面には電極６が配置され、その内側側面に対抗する外側側面には電極６と同極となる電極５が配置され、かつ、接続されている。加えて、電極１、２、７、８は同極となる１電極端子を形成し、電極３、４、５、６は同極となる他の１電極端子を形成する。すなわち、２電極端子Ｅ_１−Ｅ_２が形成される。電極端子Ｅ_１と電極端子Ｅ_２は電気的極性が異なる、いわゆる互いに反対の電気的極性を有する。

また、一例として、電極端子Ｅ_１の電極は基部部分３０の面の上と接続部分３１の面の上に配置された電極を介して第１フレーム３３の面の上に配置された電極に接続され、かつ、電極端子Ｅ_２の電極は基部部分３０の面の上と接続部分３２の面の上に配置された電極を介して第２フレーム３４の面の上に配置された電極に接続される。

さらに、他の例として、電極端子Ｅ_１の電極は基部部分３０の面の上と接続部分３２の面の上に配置された電極を介して第２フレーム３４の面の上に配置された電極に接続され、かつ、電極端子Ｅ_２の電極は基部部分３０の面の上と接続部分３１の面の上に配置された電極を介して第１フレーム３３の面の上に配置された電極に接続される。

図３は、図１の音叉型圧電振動子１００の音叉腕１０と音叉腕２０の第２振動部１２、２２のＢ−Ｂの断面図を示す。図３において、第２振動部１２、２２の電極の配置について詳述する。音叉腕１０の第２振動部１２の上面には溝１６が、下面には溝５６が形成され、音叉腕２０の第２振動部２２の上面には溝２６が、下面には溝６６が形成されている。さらに、溝１６には電極４３が配置され、溝５６には電極４３と同極となる電極４４が配置され、かつ、接続されている。また、溝２６には電極４７が配置され、溝６６には電極４７と同極となる電極４８が配置され、かつ、接続されている。加えて、音叉腕１０の第２振動部１２の内側側面には電極４２が配置され、その内側側面に対抗する外側側面には電極４２と同極となる電極４１が配置され、かつ、接続されている。同様に、音叉腕２０の第２振動部２２の内側側面には電極４６が配置され、その内側側面に対抗する外側側面には電極４６と同極となる電極４５が配置され、かつ、接続されている。すなわち、２電極端子Ｅ_３−Ｅ_４が形成される。加えて、電極端子Ｅ_１と電極端子Ｅ_３は同極に、電極端子Ｅ_２と電極端子Ｅ_４は同極になるように接続、形成されている。

詳述するならば、音叉腕１０の第１振動部１１の外側側面の電極１は接続部分１４の面（例えば、側面及び／又は上下面）に配置された電極を介して第２振動部の外側側面の電極４１に接続されている。さらに、音叉腕１０の第１振動部１１の内側側面の電極２は接続部分１４（図４参照）の面（例えば、側面及び／又は上下面）に配置された電極を介して第２振動部の側面の電極４５に接続されている。また、音叉腕１０の第１振動部１１の溝の電極３は接続部分１４の面（例えば、溝の側面及び／又は上下面）に配置された電極を介して第２振動部の溝の電極４３に接続されている。同様に、音叉腕２０の第１振動部２１の外側側面の電極５は接続部分２４の面（例えば、側面及び／又は上下面）に配置された電極を介して第２振動部の外側側面の電極４５に接続されている。さらに、音叉腕２０の第１振動部２１の内側側面の電極６は接続部分２４の面（例えば、側面及び／又は上下面）に配置された電極を介して第２振動部の側面の電極４６に接続されている。また、音叉腕２０の第１振動部２１の溝の電極７は接続部分２４の面（例えば、溝の側面及び／又は上下面）に配置された電極を介して第２振動部の溝の電極４７に接続されている。

次に、第１振動部と第２振動部と接続部分との関係について詳述する。図４には、音叉腕１０の溝１５を備えた第１振動部１１と溝１６を備えた第２振動部１２と接続部分１４の平面図の拡大図を示す。左側の接続部分１４と第２振動部１２の間には角度θ_１を、右側の接続部分１４と第２振動部の間には角度θ_２を持って接続部分１４と第２振動部１２は形成されている。本実施１に係わる形態では、角度θ_１と角度θ_２は化学的エッチング加工できる任意の値を持つが、好ましくは、角度θ_１と角度θ_２はθ_１、θ_２≦９０°の関係を満たすように形成される。さらに、角度θ_１側で、圧電効果により接続部分が第１振動部と第２振動部と同じ方向の第１歪を引き起こし、かつ、角度θ_２側で、圧電効果により接続部分が第１振動部と第２振動部と同じ方向の第２歪を引き起こし、第１歪と第２歪の方向が反対のときには、θ_１、θ_２＜３０°の関係が好ましいが、より好ましくは、θ_１、θ_２≦２０°の関係を満たすよう形成される。なお、第１振動部１１の一端部（第１端部）と接続部分１４の一端部（第１端部）が接続する点をＳ_１で示し、第２振動部１２の一端部（第１端部）と接続部分１４の他端部（第２端部）が接続する点をＳ_２で示す。同様に、音叉腕２０については、音叉腕１０を音叉腕２０に、溝幅１５、１６を溝幅２５，２６に、第１振動部１１を第１振動部２１に、第２振動部１２を第２振動部２２に、接続部分１４を接続部分２４にそれぞれ置き換えることによって、音叉腕２０の関係が得られる。また、角度θ_１と角度θ_２は音叉腕１０と同じ関係を有する。

なお、本実施１の形態では、角度θ_１と角度θ_２が設けられているが、本発明はこれに限定されるものではなく、角度θ_１と角度θ_２のどちらか一個を各音叉腕に設けてもよい。加えて、溝１５と溝１６は繋がって形成されているが、溝１５と溝１６は分割されていてもよい。この場合には、分割された溝１５に配置された電極３は分割する面に配置された電極を介して分割された溝１６に配置された電極４３に接続される。この分割された溝と溝との電極の関係は以下に述べる溝と溝との関係にも適用できる。同様に、溝２５と溝２６は繋がって形成されているが、溝２５と溝２６は分割されていてもよい。同じことが溝５５と溝５６に言え、かつ、同じことが溝６５と溝６６にも言える。

また、図２と図３に示した溝の断面形状は矩形をしているが、この矩形の断面形状は加工方法によって異なる形状となることは言うまでもない。すなわち、本発明はこの矩形の断面形状に限定されるものではなく、本発明は加工方法によって異なる断面の形状をも包含するものである。例えば、音叉型圧電振動子が水晶から形成された音叉型屈曲水晶振動子（音叉腕の幅方向が水晶の電気軸方向に、長さ方向が機械軸方向にそれぞれ大略一致して形成される）で、フッ酸等による化学的エッチングによって溝を形成した場合には、水晶の電気軸と垂直となる＋ｘ面と−ｘ面ではエッチング速度が異なるので、−ｘ面は溝の深さ方向に直線的に加工されるが、＋ｘ面は溝の深さ方向に傾きを持って形成され、溝の幅の半分の位置で、厚み方向に引いた中心線（溝の断面の厚み方向の中立線）に対して非対称な断面形状となる。また、音叉の叉部分から音叉腕の長さ方向に引いた線、いわゆる中心線に対して音叉腕１０と音叉腕２０は大略対称に形成される。好ましくは、完全な対称がよいが、振動子加工によるバラツキが生じるために略対称となる。

上述したように、本実施１の形態に係わる音叉型圧電振動子１００は、基部部分３０と、基部部分３０に接続された第１音叉腕１０と第２音叉腕２０とを備えて構成され、第１音叉腕１０と第２音叉腕２０の各々の一端部が基部部分３０に接続され、他端部が自由である音叉型圧電振動子で、第１音叉腕１０は第１幅Ｗ_１を備えた第１振動部１１と第１幅Ｗ_１より大きい第２幅Ｗ_２を備えた第２振動部１２とを少なくとも備えていて、第１振動部１１と第２振動部１２の各振動部の上面と下面の各々には溝が形成されると共に、第１振動部１１の側面と第２振動部１２の側面は接続部分１４の側面を介して接続され、接続部分１４は第１音叉腕１０の第１長さ部分（半分の長さ（Ｌ／２））より短い基部部分３０の側にあり、かつ、第２音叉腕２０は第１幅Ｗ_１を備えた第１振動部２１と第１幅Ｗ_１より大きい第２幅Ｗ_２を備えた第２振動部２２とを少なくとも備えていて、第１振動部２１と第２振動部２２の各振動部の上面と下面の各々には溝が形成されると共に、第１振動部２１の側面と第２振動部２２の側面は接続部分２４の側面を介して接続され、接続部分２４は第２音叉腕２０の第１長さ部分（半分の長さ（Ｌ／２））より短い基部部分３０の側にあるように構成されている。この構成により、より小型化しても、等価直列抵抗Ｒ_ｍの増加を抑えた音叉型圧電振動子が得られることを次に説明する。

まず、等価直列抵抗Ｒ_ｍを求める関係式を示す。次に、本実施１に係わる形態の音叉型圧電振動子の振動子サイズと等価直列抵抗との関係を従来のものと比較して説明する。以下順次説明する。音叉型圧電振動子の電気的等価回路の等価インダクタンスをＬ_ｍ、音叉腕の最大振幅Ｄと最大振幅電圧Ｖ_０との間の比例係数をｋ_ａとすると、等価直列抵抗Ｒ_ｍはＲ_ｍ＝（Ｌ_ｍ／ｋ_ｂ）^１／２／ｋ_ａで与えられる。但し、ｋ_ｂは音叉腕の厚みを一定とすると、音叉腕の面積Ｓ（＝音叉腕の幅Ｗｘ音叉腕の長さ）に比例する。この関係により等価直列抵抗Ｒ_ｍを求めることができる。また、段落０００２に記載された特許文献１の重りの効果を備えた形状で、かつ、長さ２ｍｍの圧電ユニットに収納される音叉型圧電振動子を振動子１とし、また本実施１に係わる形態の音叉型圧電振動子を振動子２としたときの振動子１の等価直列抵抗で規格化した等価直列抵抗Ｒ_ｎと振動子１の音叉腕の長さで規格化した音叉腕の長さＬ_ｎとの関係を図７に示す。すなわち、振動子１のＲ_ｎ＝１とＬ_ｎ＝１に対する振動子２のＲ_ｎとＬ_ｎとの関係である。したがって、振動子１の（Ｒ_ｎ、Ｌ_ｎ）を（１．０、１．０）（点Ｐ_１）とすると、振動子１に対する振動子２の（Ｒ_ｎ、Ｌ_ｎ）は（１．２３、０．８２）（点Ｑ_１）となる。換言するならば、振動子１の等価直列抵抗と音叉腕の長さとを比較して、振動子２の等価直列抵抗は２３％と若干増加するが、それ以上に音叉腕の長さを１８％と著しく短くすることができる。このように、本発明の振動子２は従来の振動子１と遜色のない等価直列抵抗を備え、かつ、圧電ユニットの長さを短くできるので、１．８ｍｍより小さい超小型の圧電ユニットが実現できるという作用効果が奏される。

なお、本実施１に係わる形態の音叉型圧電振動子はＷ_２＜Ｗ_３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、Ｗ_２＝Ｗ_３の関係をも包含するものである。また、接続部分１４と接続部分２４は音叉腕の第１長さ部分より短い基部部分３０の側にあるように形成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、図６で詳述されるように、それら接続部分は音叉腕の第１長さ部分より長い先端部分の側に、または第１長さ部分に等しくなるように形成しても同様の効果が得られる。

実施２の形態に係わる音叉型圧電振動子

図５は本発明の実施２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１２０の平面図を示す。図５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１２０は基部部分９０と、その基部部分９０に接続された音叉腕７０と音叉腕８０と、基部部分９０に接続された２個の接続部分９１と接続部分９２と、接続部分９１に接続されたフレーム９３と接続部分９２に接続されたフレーム９４とを備えて構成される。音叉腕７０と音叉腕８０の各々の一端部は基部部分９０に接続されている。また、音叉腕７０は第１振動部７１と第２振動部７２と第３振動部７３と第４振動部７４と第５振動部７５とを少なくとも備えている。第１振動部７１は第１幅Ｗ_１１を少なくとも備え、第２振動部７２は第２幅Ｗ_２２を少なくとも備え、第３振動部７３は第３幅Ｗ_３３を少なくとも備え、第４振動部７４は第４幅Ｗ_４４を少なくとも備え、第５振動部７５は第５幅Ｗ_５５を少なくとも備えていて、第１振動部７１と第２振動部７２は図１と同じように接続部分を介して接続されている。加えて、第２振動部７２と第３振動部７３の接続、及び第３振動部７３と第４振動部７４の接続も図１と同じように接続部分を介して接続される。加えて、第１振動部７１の上面に溝７６が、第２振動部７２の上面に溝７７が、第３振動部７３の上面に溝７８が、第４振動部７４の上面に溝７９が形成されている。

音叉腕７０と同じ様に、音叉腕８０は第１幅Ｗ_１１を少なくとも備えた第１振動部８１と、第２幅Ｗ_２２を少なくとも備えた第２振動部８２と、第３幅Ｗ_３３を少なくとも備えた第３振動部８３と、第４幅Ｗ_４４を少なくとも備えた第４振動部８４と、第５幅Ｗ_５５を少なくとも備えた第５振動部８５とを少なくとも備えている。第１振動部８１と第２振動部８２は図１と同じように接続部分を介して接続されている。また、第２振動部８２と第３振動部８３の接続、及び第３振動部８３と第４振動部８４の接続も図１と同じように接続部分を介して接続される。加えて、第１振動部８１の上面に溝８６が、第２振動部８２の上面に溝８７が、第３振動部８３の上面に溝８８が、第４振動部８４の上面に溝８９が形成されている。さらに、図示されていないが、音叉腕７０と音叉腕８０の上面に形成された溝に対抗して音叉腕の下面にも溝が形成されている。また、各腕幅は、Ｗ_１１＜Ｗ_２２＜Ｗ_３３＜Ｗ_４４＜Ｗ_５５の関係を有する。なお、本発明での各振動部の幅とは各振動部の最も小さい幅のことをいう。

このように、本実施２の形態に係わる音叉型圧電振動子では、互いに異なる幅を備えた３個の振動部が第１長さ部分より短い基部部分の側にあるが、本発明は上記３個の振動部に限定されるものではなく、互いに異なる幅を備えた３個より多い振動部を第１長さ部分より短い基部部分の側に形成してもよい。そして、好ましくは、基部部分９０に接続される振動部の幅が他の振動部の幅より小さく形成される。加えて、互いに異なる幅を備えた３個の振動部が第１長さ部分より長い先端部分の側にあるが、本発明は上記３個の振動部に限定されるものではなく、互いに異なる幅を備えた３個より多い振動部を第１長さ部分より長い先端部分の側に形成してもよい。すなわち、互いに異なる幅を備えた複数個の振動部が第１長さ部分より長い先端部分の側に形成され、かつ、複数個の振動部の内の少なくとも１個の振動部の上下面に溝が形成されている。そして、好ましくは、先端部分の振動部（振動部Ａという）の幅が基部部分９０に接続された幅Ｗ_１１より大きく形成されるか、あるいは先端部の振動部Ａに接続される振動部（振動部Ｂという）の幅が基部部分９０に接続された幅Ｗ_１１より大きく形成される。

上述したように、本実施２の形態に係わる音叉型圧電振動子１２０は、基部部分９０と、基部部分９０に接続された第１音叉腕７０と第２音叉腕８０とを備えて構成され、第１音叉腕７０と第２音叉腕８０の各々の一端部が基部部分９０に接続され、他端部が自由である音叉型圧電振動子で、第１音叉腕７０は第１幅Ｗ_１１を備えた第１振動部７１と、第１幅Ｗ_１１より大きい第２幅Ｗ_２２を備えた第２振動部７２と、第２幅Ｗ_２２より大きい第３幅Ｗ_３３を備えた第３振動部７３と、第３幅Ｗ_３３より大きい第４幅Ｗ_４４を備えた第４振動部７４と、第４幅Ｗ_４４より大きい第５幅Ｗ_５５を備えた第５振動部７５とを少なくとも備えていて、第１振動部７１と第２振動部７２と第３振動部７３と第４振動部７４の各振動部の上面と下面の各々には溝が形成されると共に、第１振動部７１の側面と第２振動部７２の側面は接続部分（接続部分Ｓ_１２という）の側面を介して接続され、第２振動部７２の側面と第３振動部７３の側面は接続部分（接続部分Ｓ_２３という）の側面を介して接続され、第３振動部７３の側面と第４振動部７４の側面は接続部分（接続部分Ｓ_３４という）の側面を介して接続され、第４振動部７４の側面と第５振動部７５の側面は接続部分（接続部分Ｓ_４５という）の側面を介して接続されていて、接続部分Ｓ_１２と接続部分Ｓ_２３は第１音叉腕７０の第１長さ部分より短い基部部分９０の側にある。加えて、接続部分Ｓ_３４と接続部分Ｓ_４５は第１長さ部分より長い先端部分の側にある。

第１音叉腕７０と同じ様に、第２音叉腕８０は第１幅Ｗ_１１を備えた第１振動部８１と、第１幅Ｗ_１１より大きい第２幅Ｗ_２２を備えた第２振動部８２と、第２幅Ｗ_２２より大きい第３幅Ｗ_３３を備えた第３振動部８３と、第３幅Ｗ_３３より大きい第４幅Ｗ_４４を備えた第４振動部８４と、第４幅Ｗ_４４より大きい第５幅Ｗ_５５を備えた第５振動部８５とを少なくとも備えていて、第１振動部８１と第２振動部８２と第３振動部８３と第４振動部８４の各振動部の上面と下面の各々には溝が形成されると共に、第１振動部８１の側面と第２振動部８２の側面は接続部分（接続部分Ｓ_１２という）の側面を介して接続され、第２振動部８２の側面と第３振動部８３の側面は接続部分（接続部分Ｓ_２３という）の側面を介して接続され、第３振動部８３の側面と第４振動部８４の側面は接続部分（接続部分Ｓ_３４という）の側面を介して接続され、第４振動部８４の側面と第５振動部８５の側面は接続部分（接続部分Ｓ_４５という）の側面を介して接続されていて、接続部分Ｓ_１２と接続部分Ｓ_２３は第２音叉腕８０の第１長さ部分より短い基部部分９０の側にある。加えて、接続部分Ｓ_３４と接続部分Ｓ_４５は第１長さ部分より長い先端部分の側にある。すなわち、互いに異なる幅を備えた少なくとも２個の振動部が第１長さ部分より短い基部部分９０の側にあり、互いに異なる幅を備えた少なくとも２個の振動部が第１長さ部分より長い先端部分の側にある。

実施３の形態に係わる音叉型圧電振動子

図６は本発明の実施３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１４０の平面図を示す。図６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１４０は基部部分１７０と、その基部部分１７０に接続された音叉腕１５０と音叉腕１６０と、基部部分１７０に接続された２個の接続部分１７１と接続部分１７２と、接続部分１７１に接続されたフレーム１７３と接続部分１７２に接続されたフレーム１７４とを備えて構成される。音叉腕１５０と音叉腕１６０の各々の一端部は基部部分１７０に接続されている。また、音叉腕１５０は第１振動部１５１と第２振動部１５２と第３振動部１５３とを少なくとも備えている。第１振動部１５１は第１幅Ｗ_１０を少なくとも備え、第２振動部１５２は第２幅Ｗ_２０を少なくとも備え、第３振動部１５３は第３幅Ｗ_３０を少なくとも備えていて、第１振動部１５１と第２振動部１５２は図１と同じように接続部分を介して接続されている。加えて、第２振動部１５２と第３振動部１５３の接続も接続部分を介して接続される。加えて、第１振動部１５１の上面に溝１５４が、第２振動部１５２の上面に溝１５５が形成されている。さらに、図示されていないが、第１振動部１５１の下面と第２振動部１５２の下面にも溝が形成されている。

音叉腕１５０と同じ様に、音叉腕１６０は第１振動部１６１と第２振動部１６２と第３振動部１６３とを少なくとも備えている。第１振動部１６１は第１幅Ｗ_１０を少なくとも備え、第２振動部１６２は第２幅Ｗ_２０を少なくとも備え、第３振動部１６３は第３幅Ｗ_３０を少なくとも備えていて、第１振動部１６１と第２振動部１６２は図１と同じように接続部分を介して接続されている。加えて、第２振動部１６２と第３振動部１６３の接続も接続部分を介して接続される。加えて、第１振動部１６１の上面に溝１６４が、第２振動部１６２の上面に溝１６５が形成されている。

さらに、図示されていないが、第１振動部１６１の下面と第２振動部１６２の下面にも溝が形成されている。また、各腕幅は、Ｗ_１０＜Ｗ_２０＜Ｗ_３０の関係を有する。さらに、第２振動部１５２、１６２の長さをＬ_２０、その第２振動部１５２、１６２に形成された溝の長さをＬ_２ｇとすると、Ｌ_２ｇ＜Ｌ_２０、又はＬ_２ｇ＝Ｌ_２０の関係がある。加えて、第３振動部１５３、１６３の長さをＬ_３０とすると、Ｌ_２ｇ＜Ｌ_３０、又はＬ_２０＜Ｌ_３０、又はＬ_２０＝Ｌ_３０の関係がある。さらに、第１振動部の溝幅をＷ_１０ｍ、第２振動部の溝幅をＷ_２０ｍとすると、Ｗ_１０ｍ＜Ｗ_２０ｍ又はＷ_１０ｍ＝Ｗ_２０ｍ又はＷ_１０ｍ＞Ｗ_２０ｍの関係がある。また、Ｗ_ｈ１２はＷ_ｈ１２＝Ｗ_２０／Ｗ_１０で定義され、Ｗ_ｈ２３はＷ_ｈ２３＝Ｗ_３０／Ｗ_２０で定義されるとき、Ｗ_ｈ１２とＷ_ｈ２３の各々は１．０６より大きく、好ましくは、１．０８〜３．０の範囲内に、より好ましくは、１．２〜２．７の範囲内にある。その結果、第１振動部と第２振動部の溝の効果と第３振動部の重りの効果により、等価直列抵抗Ｒ_ｍの増加を抑えた超小型の音叉型圧電振動子が得られる。

このように、本実施３の形態に係わる音叉型圧電振動子では、互いに異なる幅を備えた３個の振動部が第１長さ部分より長い先端部分の側にあるが、本発明は上記３個の振動部に限定されるものではなく、互いに異なる幅を備えた３個より多い振動部を第１長さ部分より長い先端部分の側に形成してもよい。そして、好ましくは、互いに異なる幅を備えた少なくとも２個の振動部の上面と下面に溝が形成される。さらに、第１振動部１５１、１６１と第２振動部１５２、１６２には図１で示したと同様の電極が配置されている。すなわち、２電極端子を形成する。

加えて、第３振動部１５３、１６３の上面と下面の少なくとも一面に周波数調整用の金属の重りが形成されている。その重りの厚みは０．２μｍより厚く、好ましくは、０．５μｍから３．２μｍの範囲内に、より好ましくは、０．７５μｍから２．６μｍの範囲内にある。また、図６に示すように、第１振動部１５１、１６１と第２振動部１５２、１６２と第３振動部１５３、１６３の各々は、長さ方向に一定の幅を少なくとも備えて構成されている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明は第１振動部と第２振動部と第３振動部の各々、あるいは少なくとも１個の振動部が、音叉先端部に向かって徐々に広がる、あるいは狭くなる形状をも包含するものである。

上述したように、本実施３の形態に係わる音叉型圧電振動子１４０は、基部部分１７０と、基部部分１７０に接続された第１音叉腕１５０と第２音叉腕１６０とを備えて構成され、第１音叉腕１５０と第２音叉腕１６０の各々の一端部が基部部分１７０に接続され、他端部が自由である音叉型圧電振動子で、第１音叉腕１５０は第１幅Ｗ_１０を備えた第１振動部１５１と、第１幅Ｗ_１０より大きい第２幅Ｗ_２０を備えた第２振動部１５２と、第２幅Ｗ_２０より大きい第３幅Ｗ_３０とを少なくとも備えていて、第１振動部１５１と第２振動部１５２の各振動部の上面と下面の各々には溝が形成されると共に、第１振動部１５１の側面と第２振動部１５２の側面は接続部分（接続部分Ｓ_１２という）の側面を介して接続され、第２振動部１５２の側面と第３振動部１５３の側面は接続部分（接続部分Ｓ_２３という）の側面を介して接続されていて、接続部分Ｓ_１２と接続部分Ｓ_２３は第１音叉腕１５０の第１長さ部分より長い先端部分の側にある。

第１音叉腕１５０と同じ様に、第２音叉腕１６０は第１幅Ｗ_１０を備えた第１振動部１６１と、第１幅Ｗ_１０より大きい第２幅Ｗ_２０を備えた第２振動部１６２と、第２幅Ｗ_２０より大きい第３幅Ｗ_３０とを少なくとも備えていて、第１振動部１６１と第２振動部１６２の各振動部の上面と下面の各々には溝が形成されると共に、第１振動部１６１の側面と第２振動部１６２の側面は接続部分（接続部分Ｓ_１２という）の側面を介して接続され、第２振動部１６２の側面と第３振動部１６３の側面は接続部分（接続部分Ｓ_２３という）の側面を介して接続されていて、接続部分Ｓ_１２と接続部分Ｓ_２３は第２音叉腕１６０の第１長さ部分より長い先端部分の側にある。

例えば、音叉型圧電振動子１４０は第２長さ部分（３Ｌ／５の位置）と、第３長さ部分（５Ｌ／７）と第４長さ部分（３Ｌ／４の位置）を備えていて、音叉型圧電振動子１４０の第２振動部１５２、１６２の各々は第２長さ部分と第４長さ部分の間にある。好ましくは、第２長さ部分と第３長さ部分の間にある。

次に、本実施３に係わる形態の音叉型圧電振動子の振動子サイズと等価直列抵抗との関係を従来のものと比較して説明する。段落０００２に記載された特許文献１の重りの効果を備えた形状で、かつ、長さ２ｍｍの圧電ユニットに収納される音叉型圧電振動子を振動子１とし、また本実施３に係わる形態の音叉型圧電振動子を振動子３としたときの振動子１の等価直列抵抗で規格化した等価直列抵抗Ｒ_ｎと振動子１の音叉腕の長さで規格化した音叉腕の長さＬ_ｎとの関係を図８に示す。すなわち、振動子１のＲ_ｎ＝１とＬ_ｎ＝１に対する振動子３のＲ_ｎとＬ_ｎとの関係である。したがって、振動子１の（Ｒ_ｎ、Ｌ_ｎ）を（１．０、１．０）（点Ｐ_２）とすると、振動子１に対する振動子３の（Ｒ_ｎ、Ｌ_ｎ）は（１．２９、０．７７）（点Ｑ_２）となる。

換言するならば、振動子１の等価直列抵抗と音叉腕の長さと比較して、振動子３の等価直列抵抗は２９％増加するが、音叉腕の長さは２３％短くなる。このように、振動子３の等価直列抵抗は振動子１の等価直列抵抗より若干増加するが、それにもまして、音叉腕の長さを２３％短くできるという極めて優れた作用効果が奏される。その結果、１．８ｍｍ以下（例えば、１．６ｍｍ）の超小型の圧電ユニットが実現できる。と同時に、その圧電ユニットを備えた圧電発振器が実現できるという作用効果が同時にもたらされる。さらに特筆すべきことは、圧電発振器の増幅器を従来のものを変更せずに使用できることである。

なお、本実施３の形態に係わる音叉型圧電振動子１４０では、基部部分１７０に接続される音叉腕１５０、１６０の第１振動部１５１、１６１の一端部の幅は第１振動部の幅Ｗ_１０より大きく形成される。この関係は本発明の他の音叉型圧電振動子にも適用される。

さらに、本実施３の形態に係わる音叉型圧電振動子１４０では、接続部分Ｓ_１２は各音叉腕の第１長さ部分より長い先端部分の側にあるが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の接続部分Ｓ_１２は第１長さ部分と等しい位置にあってもよい。さらに詳述するならば、図４で述べたように、例えば、角度θ_１と角度θ_２はθ_１、θ_２＝９０°の関係を満たすように形成されるときには、接続部分のＳ_１とＳ_２は第１長さ部分と同じ長さの位置にある。また、θ_１、θ_２＜９０°の関係のときには、第１長さ部分は接続部分のＳ_１とＳ_２の間にあるか、接続部分のＳ_１は第１長さ部分と同じ長さの位置にあるか、あるいは接続部分のＳ_２は第１長さ部分と同じ長さの位置にある。加えて、θ_１、θ_２＞９０°の関係のときには、接続部分のＳ_１は第１長さ部分と同じ長さの位置にあり、本発明は上記関係を全て包含するものである。

また、本実施３の形態に係わる音叉型圧電振動子１４０では、各腕幅は、Ｗ_１０＜Ｗ_２０＜Ｗ_３０の関係を有するが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｗ_１０＜Ｗ_２０＝Ｗ_３０の関係も本発明に含まれる。加えて、Ｗ_１０＜Ｗ_２０＝Ｗ_３０の関係のときには、第２振動部に溝が形成される部分（溝の長さＬ_２ｇ）と溝のない部分（Ｌ_ｎｇ）が存在する。それ故、本発明はＬ_２ｇ＜Ｌ_ｎｇ、又はＬ_２ｇ＝Ｌ_ｎｇ、又はＬ_２ｇ＞Ｌ_ｎｇの関係を含むが、特に重り効果を必要とするときには、Ｌ_２ｇ＜Ｌ_ｎｇの関係が好ましく、特に等価直列抵抗Ｒ_ｍの低下を必要とするときには、Ｌ_２ｇ＞Ｌ_ｎｇの関係が好ましい。

実施１の形態に係わる圧電ユニット

図９は本発明の実施１の形態に係わる圧電ユニット３００の平面図である。表面実装型のケース３１０には固定部３０５と固定部３０６が設けられている。また、圧電ユニット３００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３１０と蓋（図示されていない）とを備えて構成されている。更に詳述するならば、音叉型圧電振動子１００のフレーム３３とフレーム３４はケース３１０に設けられた固定部３０５と固定部３０６にそれぞれ導電性接着剤３１５と導電性接着剤３１６や半田によって固定される。又、ケース３１０と蓋は金属やガラスなどの接合部材を介して接合される。すなわち、音叉型圧電振動子１００と、その音叉型圧電振動子を収納するケースと、そのケースの開口部をカバーする蓋とを備えて圧電ユニットは構成される。また、固定部は蓋に設けても良い。蓋はガラスまたは金属またはガラスと金属で作られている。

さらに詳述するならば、ケース３１０は第１固定部３０５と第２固定部３０６とを備え、第１固定部３０５と第２固定部３０６は第１音叉腕１０（図１参照）と第２音叉腕２０（図１参照）に対して互いに反対の位置にあって、音叉型圧電振動子１００の第１フレーム３３は第１固定部３０５に固定され、かつ、その第２フレーム３４は第２固定部３０６に固定され、第１フレーム３３の面の上に配置された電極（図示されていない）は、第１固定部３０５の面の上に配置された電極（図示されていない）に接続され、かつ、第２フレーム３４の面の上に配置された電極（図示されていない）は、第２固定部３０６の面の上に配置された電極（図示されていない）に接続される。また、第１フレーム３３の面の上に配置された電極と第２フレーム３４の面の上に配置された電極とは電気的極性が異なる。

この実施１の形態では、第１フレーム３３は第１固定部３０５に導電性接着剤３１５によって固定されると共に、第１フレーム３３の面の上に配置された電極は、導電性接着剤３１５を介して第１固定部の面の上に配置された電極に接続される。すなわち、導電性接着剤３１５によって第１フレーム３３の固定と、第１フレーム３３の電極と第１固定部の電極との接続を同時に行う。同様に、第２フレーム３４は第２固定部３０６に導電性接着剤３１６によって固定されると共に、第２フレーム３４の面の上に配置された電極は、導電性接着剤３１６を介して第２固定部の面の上に配置された電極に接続される。すなわち、導電性接着剤３１６によって第２フレーム３４の固定と、第２フレーム３４の電極と第２固定部の電極との接続を同時に行う。

実施１の形態に係わる圧電発振器

図１０は本発明の実施１の形態に係わる圧電発振器を構成する圧電発振回路図の一例である。圧電発振回路２０１は増幅器２０２（ＣＭＯＳインバータ）と、帰還抵抗２０４と、ドレイン抵抗２０７と、コンデンサ２０５，２０６と圧電振動子２０３を備えて構成されている。すなわち、圧電発振回路２０１は増幅器２０２と帰還抵抗２０４とを備えて構成される増幅回路２０８と、ドレイン抵抗２０７とコンデンサ２０５とコンデンサ２０６とケースに固定された圧電振動子２０３とを備えて構成される帰還回路２０９とを備えて構成される。詳細には、本発明の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圧電振動子とコンデンサとを備えて構成されている。又、本発明の圧電発振器の圧電発振回路に用いられる圧電振動子は実施１から実施３の形態に係わる音叉型圧電振動子が用いられ、その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、本発明の圧電発振器の出力信号は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。

次に、音叉型圧電振動子と圧電ユニットと圧電発振器と電子機器の各々の製造方法について詳述する。本実施１の形態に係わる音叉型圧電振動子を製造する工程では、まず、図１に示した音叉腕１０、２０と基部部分３０と第１接続部分３１と第２接続部分３２と第１フレーム３３と第２フレーム３４とを備えた音叉形状が、エッチング加工により一体に形成される。すなわち、第１エッチング加工によりその音叉形状が形成される。次に、音叉腕１０、２０の上面と下面の各々に溝がエッチング加工により形成される。すなわち、第２エッチング加工により溝が形成される。その後に、図２と図３に示した電極が音叉腕の側面と溝の中に形成される。と同時に、基部部分の面の上と第１接続部分と第２接続部分と第１フレームと第２フレームの各々の面の上に電極が形成される。すなわち、２電極端子を備えた音叉型圧電振動子が形成される。この製造工程は本実施２と本実施３の各々の形態に係わる音叉型圧電振動子に適用できる。

次に、圧電ユニットを製造する工程では、音叉型圧電振動子の第１フレームと第２フレームがケースの固定部に固定される。その後に、蓋がケースの開口部に接続される。すなわち、図９に示した圧電ユニットが形成される。さらに、圧電発振器を製造する工程では、その圧電ユニットを構成する音叉型圧電振動子の２電極端子が増幅器とコンデンサと抵抗とに電気的に接続される。すなわち、図１０で示した圧電発振回路が形成され、その圧電発振回路を備えた圧電発振器が形成される。次に、電子機器を製造する工程では、その圧電発振器の出力信号が電子機器の動作用信号となるように接続される。

なお、本実施１の形態に係わる音叉型圧電振動子を製造する工程では、音叉腕を形成した後に、音叉腕に溝を形成しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、音叉腕と溝を同時に形成してもよい。あるいは溝を形成した後に、音叉腕を形成してもよい。

本発明の音叉型圧電振動子と圧電ユニットと圧電発振器は小型化しても従来のものと遜色のない等価直列抵抗を備えているので、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。図１の音叉型圧電振動子の音叉腕のＡ−Ａの断面図を示す。図１の音叉型圧電振動子の音叉腕のＢ−Ｂの断面図を示す。音叉腕の第１振動部と第２振動部と接続部分の平面図の拡大図を示す。本発明の実施２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３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の形態に係わる音叉型圧電振動子の規格化された等価直列抵抗Ｒ_ｎと規格化された音叉腕の長さＬ_ｎとの関係である。本発明の実施３の形態に係わる音叉型圧電振動子の規格化された等価直列抵抗Ｒ_ｎと規格化された音叉腕の長さＬ_ｎとの関係である。本発明の実施１の形態に係わる圧電ユニットの平面図である。本発明の実施１の形態に係わる圧電発振器を構成する圧電発振回路図の一例である。

Ｌ音叉腕の長さ
Ｌ_１接続部分の長さ、
Ｌ／２第１長さ部分
３Ｌ／５第２長さ部分
５Ｌ／７第３長さ部分
３Ｌ／４第４長さ部分
Ｗ_１第１振動部の幅
Ｗ_２第２振動部の幅
Ｗ_３第３振動部の幅
１４、２４第１振動部と第２振動部を接続する接続部分
３３第１フレーム、
３４第２フレーム

Claims

基部部分と、前記基部部分に接続された第１音叉腕と第２音叉腕とを備えて構成され、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の一端部が前記基部部分に接続され、他端部が自由である音叉型圧電振動子で、
前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の上面と下面の各々に溝が形成され、かつ、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々は、第１幅を備えた第１振動部と、前記第１幅より大きい第２幅を備えた第２振動部と、前記第２幅より大きい第３幅を備えた第３振動部と、を少なくとも備え、前記第２振動部は前記第１振動部と前記第３振動部の間に形成され、かつ、前記第３振動部は前記第２振動部より音叉腕の先端部分の側に形成され、前記第１振動部の側面と前記第２振動部の側面は第１接続部分の側面を介して接続され、前記第２振動部の側面と前記第３振動部の側面は第２接続部分の側面を介して接続され、前記第１接続部分と前記第２接続部分の各接続部分は前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各音叉腕の第１長さ部分より長い音叉腕の先端部分の側にあることを特徴とする圧電振動子。
ケースと、圧電振動子と、蓋と、を備えて構成される圧電ユニットで、
前記圧電振動子は基部部分と、前記基部部分に接続された第１音叉腕と第２音叉腕とを備えて構成され、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の一端部が前記基部部分に接続され、他端部が自由である音叉型圧電振動子であって、
前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の上面と下面の各々に溝が形成され、かつ、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々は、第１幅を備えた第１振動部と、前記第１幅より大きい第２幅を備えた第２振動部と、前記第２幅より大きい第３幅を備えた第３振動部と、を少なくとも備え、前記第２振動部は前記第１振動部と前記第３振動部の間に形成され、かつ、前記第３振動部は前記第２振動部より音叉腕の先端部分の側に形成され、前記第１振動部の側面と前記第２振動部の側面は第１接続部分の側面を介して接続され、前記第２振動部の側面と前記第３振動部の側面は第２接続部分の側面を介して接続され、前記第１接続部分と前記第２接続部分の各接続部分は前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各音叉腕の第１長さ部分より長い音叉腕の先端部分の側にあり、前記ケースの開口部と前記蓋とが接続されていることを特徴とする圧電ユニット。
圧電ユニットを備えて構成される圧電発振器で、
前記圧電ユニットはケースと、圧電振動子と、蓋と、を備えて構成される圧電ユニットで、前記圧電振動子は基部部分と、前記基部部分に接続された第１音叉腕と第２音叉腕とを備えて構成され、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の一端部が前記基部部分に接続され、他端部が自由である音叉型圧電振動子であって、
前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の上面と下面の各々に溝が形成され、かつ、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々は、第１幅を備えた第１振動部と、前記第１幅より大きい第２幅を備えた第２振動部と、前記第２幅より大きい第３幅を備えた第３振動部と、を少なくとも備え、前記第２振動部は前記第１振動部と前記第３振動部の間に形成され、かつ、前記第３振動部は前記第２振動部より音叉腕の先端部分の側に形成され、前記第１振動部の側面と前記第２振動部の側面は第１接続部分の側面を介して接続され、前記第２振動部の側面と前記第３振動部の側面は第２接続部分の側面を介して接続され、前記第１接続部分と前記第２接続部分の各接続部分は前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各音叉腕の第１長さ部分より長い音叉腕の先端部分の側にあり、前記ケースの開口部と前記蓋とが接続されていることを特徴とする圧電発振器。
表示部と、圧電発振器を備えて構成される電子機器で、
前記圧電発振器は圧電ユニットを備え、前記圧電ユニットはケースと圧電振動子と蓋とを備えて構成され、
前記圧電振動子は基部部分と、前記基部部分に接続された第１音叉腕と第２音叉腕とを備えて構成され、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の一端部が前記基部部分に接続され、他端部が自由である音叉型圧電振動子であって、
前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の上面と下面の各々に溝が形成され、かつ、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々は、第１幅を備えた第１振動部と、前記第１幅より大きい第２幅を備えた第２振動部と、前記第２幅より大きい第３幅を備えた第３振動部と、を少なくとも備え、前記第２振動部は前記第１振動部と前記第３振動部の間に形成され、かつ、前記第３振動部は前記第２振動部より音叉腕の先端部分の側に形成され、前記第１振動部の側面と前記第２振動部の側面は第１接続部分の側面を介して接続され、前記第２振動部の側面と前記第３振動部の側面は第２接続部分の側面を介して接続され、前記第１接続部分と前記第２接続部分の各接続部分は前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各音叉腕の第１長さ部分より長い音叉腕の先端部分の側にあり、前記ケースの開口部と前記蓋とが接続され、
前記圧電発振器の出力信号は前記表示部に時間情報を表示するための電子機器の動作用の信号であることを特徴とする電子機器。