JP5762608B2 - 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

Description

この発明は、圧電振動片、圧電振動子、発振器、電子機器、および電波時計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。この種の圧電振動子は、様々なものが提供されているが、その１つとして、いわゆる音叉型の圧電振動片を有する圧電振動子が知られている。

ところで、近年、搭載される機器の小型化に伴って、圧電振動片のさらなる小型化が望まれている。圧電振動子のＣＩ値（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）を低く抑えつつ、圧電振動片の小型化を図る方法としては、圧電振動片の振動腕部の両主面に溝部を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図１４は、従来技術の説明図であり、特許文献１の振動腕部２０３の長手方向に垂直な面に沿った断面図である。図１４に示すように、主に溝部２０５の内部に第１の励振電極２１０が形成され、振動腕部２０３の側面に第２の励振電極２１１が形成されており、振動腕部２０３は断面略Ｈ字形状となっている。
一般に、溝部２０５が形成された圧電振動片のＣＩ値は、振動腕部２０３の側面２０３ａと溝部側面２０５ａとの幅Ｄに依存していることが知られている。具体的には、幅Ｄを狭くすることでＣＩ値を低く抑えることができる。

また、圧電振動片の高性能化には、振動漏れの抑制、および良好なドライブレベル特性の確保が重要である。
ここで、振動漏れとは、圧電振動片を作動させた際、圧電振動片の振動が外部に漏洩する、振動エネルギーの漏洩をいう。この振動漏れは、圧電振動片の効率悪化に繋がるため、できるだけ振動漏れを抑制する必要がある。
また、ドライブレベル特性とは、駆動電圧の変動に対する圧電振動片の振動周波数の変動特性をいう。振動周波数の変動Δｆが小さいほどドライブレベル特性は良好であり、圧電振動片は高性能であるといえる。

一般に、圧電振動片の振動漏れ、およびドライブレベル特性は振動腕部２０３の剛性に依存することが知られている。また、振動腕部２０３の剛性は、振動腕部２０３の長手方向に垂直な断面の面積Ｓ（以下、「振動腕部の断面積Ｓ」という。）に依存する。したがって、振動漏れおよびドライブレベル特性は、振動腕部２０３の断面積Ｓに依存する。具体的には、振動腕部２０３の断面積Ｓを広くして振動腕部２０３の剛性を高くすることで、振動漏れの抑制、および良好なドライブレベル特性の確保ができる。

ところで、特許文献１の圧電振動片は、基部電極部（本願の「マウント電極」に相当）が形成されている基部と、この基部から突出して形成される振動細棒（本願の「振動腕部」に相当）と、この振動細棒の表面及び／又は裏面に形成されている溝電極部（本願の「励振電極」に相当）を有する溝部と、基部電極部と溝電極部とを接続する接続電極部（本願の「引き出し電極」に相当）と、を備えている。溝部の基端側の幅は、他の部分よりも狭く形成されており、接続電極部を形成する領域を広く確保している。この特許文献１では、振動腕部２０３の基端側の断面積Ｓが広くなっているため、結果として振動腕部の基端側の剛性が高くなっている。

特開２００２−７６８２７号公報

しかし、特許文献１では、振動腕部の基端側のみ剛性が高くなっているため、振動腕部２０３全体の剛性の確保が不十分となり、振動漏れを抑制できず、良好なドライブレベル特性を確保できないおそれがある。また、基端側では、振動腕部の側面と溝部側面との幅Ｄ（図１４参照）が広くなっているため、ＣＩ値が高くなるおそれがある。

そこで本発明は、振動漏れを抑制し、良好なドライブレベル特性を確保しつつ、ＣＩ値を低く抑制できる圧電振動片と、この圧電振動片を用いた圧電振動子、発振器、電子機器および電波時計の提供を課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明の圧電振動片は、並んで配置された一対の振動腕部と、前記振動腕部の両主面上に形成され、前記振動腕部の長手方向に沿って伸びる溝部と、前記一対の振動腕部が接続された基部と、備えた圧電振動片であって、前記振動腕部の横方向において、前記溝部が並んで複数本形成されており、かつ、前記溝部の間に形成されている壁部の幅は、前記振動腕部の先端側における前記壁部の幅よりも、前記振動腕部の基端側における前記壁部の幅の方が大きくなるように形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、振動腕部の幅方向に並んで複数本の溝部を形成し、かつ溝部の間に形成されている壁部の幅を、振動腕部の先端側よりも基端側における壁部の幅の方が大きくなるように形成することで、従来技術と比較すると、振動腕全体の剛性を向上させることが可能になる。よって、振動漏れを抑制し、良好なドライブレベル特性を確保できる。さらに、振動腕部の先端側よりも基端側の方の壁部の幅の方が大きいので、振動腕部全体の剛性を高めつつ、振動腕部の基端側の剛性を高めることが可能になる。
また、特許文献１のように溝部の基端側の幅を狭くしなくても振動腕部の剛性が高くなるので、溝部を形成した領域全体で振動腕部の側面と溝部側面との幅を狭くでき、ＣＩ値を低く抑制できる。

また、前記溝部は、１本の前記振動腕部につき３本形成されていてもよい。
本発明によれば、従来例と比較して、良好なドライブレベル特性を確保できる。その結果、振動漏れおよびドライブレベル特性と、ＣＩ値とのバランスを所望の状態に調整できる。

また、前記振動腕部の基端側における前記溝部の幅は、前記振動腕部の先端側における前記溝部の幅よりも狭く形成されていてもよい。
本発明によれば、振動腕部の基端側において、振動腕部の側面と溝部側面との幅が広く形成され、振動腕部の基端側で隣り合う溝部の間隔が広く形成されるので、振動腕部の先端側の断面積よりも、振動腕部の基端側の断面積を広くできる。これにより、振動腕部の基端側の剛性を高めることができるので、さらに振動漏れを抑制し、良好なドライブレベル特性を確保できる。その結果、振動漏れおよびドライブレベル特性と、ＣＩ値とのバランスを所望の状態に調整できる。

また、前記振動腕部の外側において、前記基部から前記振動腕部の先端方向に向けて延びるサイド基部が形成されていてもよい。
この構成によれば、サイド基部で圧電振動片を実装することで、振動腕部から実装部分までの距離を伸ばすことができ、即ち、振動腕部で生じた振動を十分に減衰させることができる。よって、良好なドライブレベル特性を確保できる。

また、本発明の圧電振動子は、上述の圧電振動片を有することを特徴とする。
本発明によれば、特性が優れた圧電振動片を備えているので、性能が良好な圧電振動子を提供することができる。

本発明の発振器は、上述の圧電振動子が、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。
本発明の電子機器は、上述の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とする。
本発明の電波時計は、上述の圧電振動子が、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。
本発明にかかる発振器、電子機器および電波時計によれば、性能が良好な圧電振動子を備えているので、高性能な発振器、電子機器および電波時計を提供することができる。

本発明によれば、振動腕部の幅方向に並んで複数本の溝部を形成することで、各溝部の間に壁が形成されるので、溝部を形成した領域全体で振動腕部の断面積を広くできる。これにより、特許文献１のように１本の溝部の基端側の幅を狭くした場合よりも、溝部を形成した領域全体で振動腕部の剛性を高くできるので、振動漏れを抑制し、良好なドライブレベル特性を確保できる。また、特許文献１のように溝部の基端側の幅を狭くしなくても振動腕部の剛性が高くなるので、溝部を形成した領域全体で振動腕部の側面と溝部側面との幅を狭くでき、ＣＩ値を低く抑制できる。

圧電振動片の平面図である。 図１のＡ−Ａ線における断面図である。 実施形態の第１変形例における圧電振動片の平面図である。 図４（ａ）は図３のＢ−Ｂ線における断面図であり、図４（ｂ）は図３のＣ−Ｃ線における断面図である。 実施形態の第２変形例における圧電振動片の平面図である。 圧電振動子の外観斜視図である。 圧電振動子の内部構成図であって、リッド基板を取り外した状態の平面図である。 図７のＥ−Ｅ線における断面図である。 圧電振動子の分解斜視図である。 発振器の一実施形態を示す構成図である。 電子機器の一実施形態を示す構成図である。 電波時計の一実施形態を示す構成図である。 本発明の他の適用例の説明図である。 従来技術の説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（圧電振動片）
まず、実施形態の圧電振動片について図面を参照して説明する。
図１は、圧電振動片１の平面図である。
図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図である。
図１に示すように、本実施形態の圧電振動片１は、並んで配置された一対の振動腕部３ａ，３ｂと、一対の振動腕部３ａ，３ｂが接続された基部４と、を備えている。なお、以下の説明では、振動腕部３ａ，３ｂが並んでいる幅方向をＸ方向とし、Ｘ方向における中心軸をＯとし、圧電振動片１の内側を−Ｘ側とし、外側を＋Ｘ側としている。また、圧電振動片１の長手方向をＹ方向とし、基端側を−Ｙ側とし、先端側を＋Ｙ側としている。
本実施形態の圧電振動片１は、水晶やタンタル酸リチウム、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。

一対の振動腕部３ａ，３ｂは、中心軸Ｏに沿ってＹ方向に延在し、Ｘ方向に略平行に並んで形成されている。振動腕部３ａ，３ｂの両主面（表面および裏面）上には、振動腕部３ａ，３ｂのＹ方向に沿って伸びる外側溝部５１、および内側溝部５２が形成されている。ここで、一方の振動腕部３ａと、他方の振動腕部３ｂとは、中心軸Ｏに対して線対称形状をしている。したがって、以下の説明では、一方の振動腕部３ａに形成された外側溝部５１、および内側溝部５２について説明し、他方の振動腕部３ｂに形成された外側溝部５１、および内側溝部５２については説明を省略する。

（溝部）
図１に示すように、本実施形態の振動腕部３ａには、振動腕部３ａの＋Ｘ側に配置される外側溝部５１、および振動腕部３ａの−Ｘ側に配置される内側溝部５２の２本の溝部が形成されている。外側溝部５１および内側溝部５２は、中心軸Ｏに沿ってＹ方向に延在し、Ｘ方向に略平行に並んで形成されている。
外側溝部５１の−Ｙ側の外側溝基端部５１ｃは、振動腕部３ａと基部４との接続部近傍に配置されている。また、外側溝部５１の＋Ｙ側の外側溝先端部５１ｄは、振動腕部３ａのＹ方向における略中央に配置されている。すなわち、外側溝部５１は、Ｙ方向に沿って、振動腕部３ａと基部４との接続部近傍から、振動腕部３ａのＹ方向における略中央までの範囲にわたって、所定の深さで形成されている。

また、外側溝部５１は、外側溝基端部５１ｃの幅が外側溝先端部５１ｄの幅よりも狭くなるように形成されている。具体的には、外側溝部５１の外側面５１ａ、および内側面５１ｂが、外側溝先端部５１ｄから−Ｙ側へ向かって略平行に形成された後、所定位置から外側溝基端部５１ｃにかけて外側面５１ａが内側に向かって傾斜し、内側面５１ｂが外側に向かって傾斜することにより、外側溝部５１の幅が漸次テーパ状に狭くなるように形成されている。

外側溝部５１の−Ｘ側には、内側溝部５２が形成されている。内側溝部５２は、振動腕部３ａのＸ方向の中心よりも−Ｘ側の範囲において、Ｙ方向に沿って、外側溝部５１と略同一の長さで形成されている。内側溝部５２の外形は外側溝部５１と同一であるため、詳細な説明を省略する。

外側溝部５１および内側溝部５２は、外側溝部５１の外側面５１ａと振動腕部３ａの外側面３ｄとの幅Ｄ、および内側溝部５２の内側面５２ｂと振動腕部３ａの内側面３ｃとの幅Ｄがともに等しくなるように形成される。本実施形態では、特許文献１よりも幅Ｄを狭くできる。前述のとおり、圧電振動片１のＣＩ値は、幅Ｄに依存しており、幅Ｄを狭くすることでＣＩ値を低く抑えている。

外側溝部５１と内側溝部５２との間には、幅Ｇを有する壁部６０ａが形成される。外側溝部５１と内側溝部５２とが略平行に形成された領域では、壁部６０ａの幅Ｇは、略一定の幅に形成されている。また、外側溝部５１および内側溝部５２が漸次テーパ状に狭くなる領域では、幅Ｇは＋Ｙ側から−Ｙ側に向かって、漸次広くなるように形成される。壁部６０ａの幅Ｇを広く確保するほど振動腕部３ａの断面積Ｓを広くできる。前述のとおり、振動腕部３ａの断面積Ｓを広くすることで、振動腕部３ａの剛性を高くできるので、振動漏れの抑制、および良好なドライブレベル特性の確保ができる。本実施形態では、外側溝部５１および内側溝部５２を形成した領域α（図１参照、以下「溝部形成領域α」という。）全域にわたって壁部６０ａが形成されているので、溝部形成領域αで断面積Ｓを広くでき、振動腕部３ａの剛性を高めることができる。さらに、振動腕部３ａの−Ｙ側では、＋Ｙ側から−Ｙ側に向かって壁部６０ａの幅Ｇが漸次広くなっている。このように、振動腕部３ａの−Ｙ側の剛性を高くすることで、振動漏れおよびドライブレベル特性と、ＣＩ値とのバランスを所望の状態に調整している。

図１に示すように、振動腕部３ａ，３ｂ、壁部６０ａ，６０ｂ、外側溝部５１、および内側溝部５２の外表面には、励振電極１０，１１（第１の励振電極１０および第２の励振電極１１）が形成されている。励振電極１０，１１は、例えば、クロム（Ｃｒ）等の単層の導電性膜により形成される。励振電極１０，１１は、電圧が印加されたときに振動腕部３ａ，３ｂ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る。
一対の励振電極１０，１１は、一対の振動腕部３ａ，３ｂの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２に示すように、第１の励振電極１０は、主に一方の振動腕部３ａの外側溝部５１内部、壁部６０ａ表面、内側溝部５２内部、他方の振動腕部３ｂの内側面３ｃ、および他方の振動腕部３ｂの外側面３ｄ上に形成される。
また、第２の励振電極１１は、主に他方の振動腕部３ｂの外側溝部５１内部、壁部６０ｂ表面、内側溝部５２内部、一方の振動腕部３ａの内側面３ｃ、および一方の振動腕部３ａの外側面３ｄ上に形成される。

図１に示すように、振動腕部３ａ，３ｂの先端部には、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）を行うための粗調膜１５ａおよび微調膜１５ｂからなる重り金属膜１５が形成されている。この重り金属膜１５を利用して周波数調整を行うことで、一対の振動腕部３ａ，３ｂ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ようになっている。

（基部）
図１に示すように、本実施形態の圧電振動片１は、一対の振動腕部３ａ，３ｂが接続された基部４を備えている。基部４は、振動腕部３ａ，３ｂに隣接しており、基部４の＋Ｙ側に配置される中間部４ｂと、基部４の−Ｙ側に配置されるマウント部４ａと、を有している。
基部４の中間部４ｂに振動腕部３ａ，３ｂの−Ｙ側を接続することで、振動腕部３ａ，３ｂが基部４に一体的に支持されている。中間部４ｂの外表面上には、マウント電極１２，１３と励振電極１０，１１とを接続する引き出し電極１４ａ，１４ｂが形成されている。引き出し電極１４ａ，１４ｂは、マウント電極１２，１３の下地層と同じ材料のクロムにより、単層膜で形成されている。これにより、マウント電極１２，１３の下地層を成膜するのと同時に、引き出し電極１４ａ，１４ｂを成膜することができる。ただし、この場合に限られず、例えば、ニッケルやアルミニウム、チタン等により引き出し電極１４ａ，１４ｂを成膜しても構わない。

マウント部４ａの外表面上には、一対のマウント電極１２，１３が形成されている。マウント電極１２，１３は、クロムと金との積層膜であり、水晶と密着性の良いクロムを下地層として成膜した後に、表面に金の薄膜を仕上げ層として成膜することにより形成される。ただし、マウント電極１２，１３の積層膜はこれに限られず、例えば、クロムとニクロムを下地層として成膜した後に、表面にさらに金の薄膜を仕上げ層として成膜しても構わない。

マウント部４ａの幅は、中間部４ｂの幅よりも広く形成されており、マウント部４ａの＋Ｘ側面と、中間部４ｂの＋Ｘ側面とは、傾斜面４ｃによりテーパ状に接続される。ここで、マウント部４ａと中間部４ｂとを段差により接続することもできるが、水晶のウエハをエッチング加工して圧電振動片１の外形を形成する際に、段差の隅部にエッチング残りが発生するおそれがある。このエッチング残りが発生すると、圧電振動片１を所望の形状に形成できず、圧電振動片１の特性が悪化するおそれがある。しかし、本実施形態のように、マウント部４ａと中間部４ｂとを傾斜面４ｃによりテーパ状に接続することで、エッチング残りの発生を抑制し、圧電振動片１の特性の悪化を防止している。

（実施形態の効果）
本実施形態によれば、振動腕部３ａ，３ｂのＸ方向に並んで外側溝部５１および内側溝部５２を形成することで、外側溝部５１と内側溝部５２との間に壁部６０ａ，６０ｂが形成されるので、外側溝部５１および内側溝部５２を形成した溝部形成領域α全体で、振動腕部３ａ，３ｂの断面積Ｓを広くできる。これにより、特許文献１のように１本の溝部の基端側の幅を狭くした場合よりも、溝部形成領域α全体で振動腕部３ａ，３ｂの剛性を高くできるので、振動漏れを抑制し、良好なドライブレベル特性を確保できる。また、特許文献１のように溝部の基端側の幅を狭くしなくても、振動腕部３ａ，３ｂの剛性が高くなるので、溝部形成領域α全体で振動腕部３ａ，３ｂの内側面３ｃと内側溝部５２の内側面５２ｂとの幅Ｄ、および振動腕部３ａ，３ｂの外側面３ｄと外側溝部５１の外側面５１ａとの幅Ｄを狭くでき、ＣＩ値を低く抑制できる。

また、本実施形態によれば、振動腕部３ａ，３ｂの−Ｙ側において、振動腕部３ａ，３ｂの内側面３ｃと内側溝部５２の内側面５２ｂとの幅Ｄ、および振動腕部３ａ，３ｂの外側面３ｄと外側溝部５１の外側面５１ａとの幅Ｄが広く形成されている。また、振動腕部の−Ｙ側で隣り合う外側溝部５１と内側溝部５２との間隔が広く形成されるので、振動腕部３ａ，３ｂの＋Ｙ側の断面積Ｓよりも、振動腕部３ａ，３ｂの−Ｙ側の断面積Ｓを広くできる。これにより、振動腕部３ａ，３ｂの−Ｙ側の剛性を高めることができるので、さらに振動漏れを抑制し、良好なドライブレベル特性を確保できる。その結果、振動漏れおよびドライブレベル特性と、ＣＩ値とのバランスを所望の状態に調整できる。

（実施形態の第１変形例）
次に、実施形態の第１変形例について説明する。
図３は、実施形態の第１変形例における圧電振動片１の説明図である。
図４は、振動腕部３ａ，３ｂの説明図であり、図４（ａ）は図３のＢ−Ｂ線における断面図であり、図４（ｂ）は図３のＣ−Ｃ線における断面図である。
上述の実施形態では、振動腕部３には、振動腕部３の＋Ｘ側に配置される外側溝部５１、および振動腕部３の−Ｘ側に配置される内側溝部５２の２本の溝部が形成されていた。これに対して、本実施形態の第１変形例では、図３に示すように、振動腕部３に３本の溝部が形成されている点で、実施形態とは異なっている。なお、実施形態と同様の構成部分については説明を省略する。

本変形例の振動腕部３ａには、振動腕部３ａの＋Ｘ側に配置される外側溝部５１、振動腕部３ａの−Ｘ側に配置される内側溝部５２、および外側溝部５１と内側溝部５２との間に配置される中央溝部５３の３本の溝部が形成されている。外側溝部５１、内側溝部５２および中央溝部５３は、中心軸Ｏに沿ってＹ方向に延在し、Ｘ方向に略並行に並んで形成されている。

図４（ａ）に示すように、外側溝部５１と中央溝部５３との間には、幅Ｇ１を有する第１壁部６１ａが形成されている。また、中央溝部５３と内側溝部５２との間には、幅Ｇ２を有する第２壁部６２ａが形成されている。本実施形態では、第１壁部６１ａの幅Ｇ１および第２壁部６２ａの幅Ｇ２は、略同一の幅になるように形成される。
外側溝部５１、内側溝部５２、および中央溝部５３が形成されている領域β（図３参照、以下「複数溝部形成領域β」という。）では、第１壁部６１ａおよび第２壁部６２ａが形成されている。したがって、複数溝部形成領域βでは、特許文献１の圧電振動片よりも振動腕部３ａの断面積Ｓを広くでき、振動腕部３ａの剛性を高くすることができるので、振動漏れを抑制し、良好なドライブレベル特性を確保できる。

中央溝部５３の−Ｙ側における中央溝基端部５３ｃは、振動腕部３ａと基部４との接続部近傍に配置されている。これに対して、外側溝部５１の−Ｙ側における外側溝基端部５１ｃ、および内側溝部５２の−Ｙ側における内側溝基端部５２ｃは、中央溝基端部５３ｃよりも＋Ｙ側（先端側）に配置されている。したがって、振動腕部３ａと基部４との接続部近傍は、中央溝部５３のみが形成されている領域γ（以下「内外溝部非形成領域」γ」という。）となっている。

図４（ｂ）に示すように、内外溝部非形成領域γでは、外側溝部５１および内側溝部５２が形成されていないため、断面略Ｈ字形状となっている。
また、内外溝部非形成領域γでは、複数溝部形成領域βよりも、外側溝部５１および内側溝部５２の断面積分だけ、振動腕部３ａの断面積Ｓをさらに広くできる。

（実施形態の第１変形例の効果）
本実施形態の第１変形例によれば、外側溝部５１の−Ｙ側における外側溝基端部５１ｃ、および内側溝部５２の−Ｙ側における内側溝基端部５２ｃは、中央溝部５３の中央溝基端部５３ｃよりも＋Ｙ側（先端側）に配置されているので、振動腕部３ａ，３ｂの＋Ｙ側の断面積よりも、振動腕部３ａ，３ｂの−Ｙ側（基端側）の断面積Ｓを広くできる。これにより、振動腕部３ａ，３ｂの−Ｙ側の剛性を高めることができるので、さらに振動漏れを抑制し、良好なドライブレベル特性を確保できる。その結果、振動漏れおよびドライブレベル特性と、ＣＩ値とのバランスを所望の状態に調整できる。

（実施形態の第２変形例）
次に、実施形態の第２変形例について説明する。
図５は、実施形態の第１変形例における圧電振動片１の説明図である。
上述の実施形態では、外側溝部５１の外側面５１ａが内側に向かって傾斜し、外側溝部５１の内側面５１ｂが外側に向かって傾斜して形成されていた。また、内側溝部５２の外側面５２ａが内側に向かって傾斜し、内側溝部５２の内側面５２ｂが外側に向かって傾斜して形成されていた。
これに対して、実施形態の第２変形例では、外側溝部５１の外側面５１ａが中心軸Ｏに沿って形成され、外側溝部５１の内側面５１ｂが外側に向かって傾斜して形成されている。また、内側溝部５２の外側面５２ａが内側に向かって傾斜し、内側溝部５２の内側面５２ｂが中心軸Ｏに沿って形成されている。
以上の点で、本実施形態の第２変形例は、実施形態と異なっている。なお、実施形態と同様の構成部分については説明を省略する。

図５に示すように、本変形例の外側溝部５１は、外側溝基端部５１ｃの幅が外側溝先端部５１ｄの幅よりも狭くなるように形成されている。具体的には、外側溝部５１の外側面５１ａ、および内側面５１ｂが、外側溝先端部５１ｄから−Ｙ側へ向かって略平行に形成された後、所定位置から内側面５１ｂのみが＋Ｘ側に向かって傾斜することで、外側溝部５１が漸次テーパ状に狭くなるように形成されている。なお、外側溝部５１の外側面５１ａは、外側溝先端部５１ｄから外側溝基端部５１ｃにかけて、圧電振動片１の外側面３ｄと、略平行に形成されている。このため、外側溝部５１が形成された領域では、外側溝部５１の外側面５１ａと振動腕部３ａの外側面３ｄとの幅Ｄが一定となるように形成されている。

また、本変形例の内側溝部５２も、外側溝部５１と同様に、内側溝基端部５２ｃの幅が内側溝先端部５２ｄの幅よりも狭くなるように形成されている。具体的には、内側溝部５２の外側面５２ａ、および内側面５２ｂが、内側溝先端部５２ｄから−Ｙ側へ向かって略平行に形成された後、所定位置から外側面５２ａのみが−Ｘ側に向かって傾斜することで、内側溝部５２が漸次テーパ状に狭くなるように形成されている。なお、内側溝部５２が形成された領域では、前述と同様に、内側溝部５２の内側面５２ｂと、振動腕部３ａの内側面３ｃとの幅Ｄが一定となるように形成されている。

上述のように、外側溝部５１および内側溝部５２を形成することで、−Ｙ側（基端側）における外側溝部５１と内側溝部５２との間隔は、＋Ｙ側（先端側）における外側溝部５１と内側溝部５２との間隔よりも広く形成されている。換言すれば、振動腕部３ａの−Ｙ側では、＋Ｙ側から−Ｙ側に向かって、壁部６０ａの幅Ｇが漸次広くなるように形成されており、振動腕部３ａの−Ｙ側の断面積Ｓを広くして剛性を高めている。

（実施形態の第２変形例の効果）
本実施形態の第２変形例によれば、振動腕部３ａ，３ｂの−Ｙ側（基端側）で隣り合う外側溝部５１、および内側溝部５２の間隔を広く形成することで、外側溝部５１の外側面５１ａと振動腕部３ａの外側面３ｄとの幅Ｄ、および内側溝部５２の内側面５２ｂと振動腕部３ａの内側面３ｃとの幅Ｄを広げることなく、振動腕部３ａ，３ｂの＋Ｙ側（先端側）の断面積Ｓよりも振動腕部３ａ，３ｂの−Ｙ側の断面積Ｓを広くできる。これにより、ＣＩ値を所望の値としたまま、振動漏れを抑制し、良好なドライブレベル特性を確保できる。

（圧電振動子）
次に、実施形態の圧電振動片１を用いた圧電振動子３０について説明する。
図６は、圧電振動子３０の外観斜視図である。
図７は、圧電振動子３０の内部構成図であって、リッド基板３２を取り外した状態の平面図である。
図８は、図７のＥ−Ｅ線における断面図である。
図９は、図６に示す圧電振動子３０の分解斜視図である。
なお、ベース基板３１のリッド基板３２との接合面を第１面Ｕとし、ベース基板３１の外側の面を第２面Ｌとして説明する。また、図９では、図面を見易くするために励振電極１０，１１、引き出し電極１４ａ，１４ｂ、マウント電極１２，１３および重り金属膜１５の図示を省略している。
図６に示すように、圧電振動子３０は、ベース基板３１およびリッド基板３２が接合膜３７を介して陽極接合されたパッケージと、パッケージのキャビティＣに収納された圧電振動片１（図７参照）と、を備えた表面実装型の圧電振動子３０である。
ベース基板３１およびリッド基板３２は、ガラス材料、例えばソーダ石灰ガラスからなる陽極接合可能な基板であり、略板状に形成されている。リッド基板３２におけるベース基板３１との接合面側には、圧電振動片１を収容するキャビティ用凹部３２ａが形成されている。

リッド基板３２におけるベース基板３１との接合面側の全体に、陽極接合用の接合膜３７が形成されている。すなわち接合膜３７は、キャビティ用凹部３２ａの内面全体に加えて、キャビティ用凹部３２ａの周囲の額縁領域に形成されている。本実施形態の接合膜３７はシリコン膜で形成されているが、接合膜３７をアルミニウム（Ａｌ）やＣｒ等で形成することも可能である。後述するように、この接合膜３７とベース基板３１とが陽極接合され、キャビティＣが真空封止されている。

図８に示すように、圧電振動子３０は、ベース基板３１を厚さ方向に貫通し、キャビティＣの内側と圧電振動子３０の外側とを導通する貫通電極３５，３６を備えている。貫通電極３５，３６は、ベース基板３１を貫通する貫通孔３３，３４内に配置されている。
貫通孔３３，３４の中心軸に垂直な方向の断面形状は、円形状となるように形成されている。また、貫通孔３３，３４は、圧電振動子３０を形成したときにキャビティＣ内に収まるように形成される。より詳しく説明すると、貫通孔３３，３４は、圧電振動片１の−Ｙ側に対応した位置に一方の貫通孔３３が形成され、振動腕部３ａ，３ｂの＋Ｙ側に対応した位置に他方の貫通孔３４が形成される。

貫通電極３５，３６は、例えば貫通孔３３，３４に金属ピン（不図示）を挿入したのち、貫通孔３３，３４と金属ピンとの間にガラスフリットを充填して焼成することで形成される。このように、金属ピンとガラスフリットとで貫通孔３３，３４を完全に塞ぐことができるので、キャビティＣ内の気密を維持しつつ、後述する引き回し電極３８，３９と外部電極４０，４１とを導通させる役割を担っている。

図９に示すように、ベース基板３１の第１面Ｕ側には、一対の引き回し電極３８，３９がパターニングされている。一対の引き回し電極３８，３９のうち、一方の引き回し電極３８は、一方の貫通電極３５の真上に位置するように形成されている。また、他方の引き回し電極３９は、一方の引き回し電極３８に隣接した位置から、振動腕部３ａ，３ｂに沿って＋Ｙ側に引き回しされた後、他方の貫通電極３６の真上に位置するように形成されている。

そして、これら一対の引き回し電極３８，３９上にそれぞれ金等からなる先細り形状のバンプＢが形成されており、バンプＢを利用して圧電振動片１の一対のマウント電極１２，１３が実装されている。これにより、圧電振動片１の一方のマウント電極１３が、一方の引き回し電極３８を介して一方の貫通電極３５に導通し、他方のマウント電極１２が、他方の引き回し電極３９を介して他方の貫通電極３６に導通するようになっている。

またベース基板３１の第２面Ｌには、一対の外部電極４０，４１が形成されている。一対の外部電極４０，４１は、ベース基板３１のＹ方向の両端部に形成され、一対の貫通電極３５，３６に対してそれぞれ電気的に接続されている。

このように構成された圧電振動子３０を作動させる場合には、ベース基板３１に形成された外部電極４０，４１に対して、所定の駆動電圧を印加する。これにより、圧電振動片１の第１の励振電極１０および第２の励振電極１１に電圧を印加することができるので、一対の振動腕部３ａ，３ｂを接近および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３ａ，３ｂの振動を利用して、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圧電振動子３０を利用することができる。

（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１０を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器１１０は、図１０に示すように、圧電振動子３０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３０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３０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３０に電圧を印加すると、圧電振動子３０内の圧電振動片が振動する。この振動は、圧電振動片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３０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。

本実施形態の発振器１１０によれば、振動漏れを抑制し、良好なドライブレベル特性を確保しつつ、ＣＩ値を低く抑制できる高性能な圧電振動子３０を備えているので、性能が良好な発振器１１０を製造することができる。

（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１１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３０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１１に示すように、圧電振動子３０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や受信、現在時刻の計測、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、発振回路やレジスタ回路、カウンタ回路、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３０とを備えている。圧電振動子３０に電圧を印加すると圧電振動片が振動し、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。

本実施形態の携帯情報機器１２０によれば、振動漏れを抑制し、良好なドライブレベル特性を確保しつつ、ＣＩ値を低く抑制できる高性能な圧電振動子３０を備えているので、性能が良好な携帯情報機器１２０を製造することができる。

（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１２を参照して説明する。
本実施形態の電波時計１４０は、図１２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３０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３０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３０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。

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３０を必要とする。

本実施形態の電波時計１４０によれば、振動漏れを抑制し、良好なドライブレベル特性を確保しつつ、ＣＩ値を低く抑制できる高性能な圧電振動子３０を備えているので、性能が良好な電波時計１４０を製造することができる。

なお、この発明は上述した実施の形態に限られるものではない。
本実施形態では、表面実装型の圧電振動子３０に本発明の圧電振動片１を採用しているが、これに限らず、例えばシリンダーパッケージタイプの圧電振動子に本発明の圧電振動片１を採用しても構わない。

本実施形態では、振動腕部３ａ，３ｂに溝部が２本形成されており、本実施形態の第１変形例では振動腕部３ａ，３ｂに溝部が３本形成されていた。しかし、振動腕部３ａ，３ｂに形成される溝部の本数は、本実施形態および各変形例の本数に限られない。

本実施形態および本実施形態の第２変形例では、溝部が＋Ｙ側から−Ｙ側に向かって、テーパ状に狭くなるように形成されていた。しかし、例えば、溝部が階段状に狭くなるように形成されていてもよい。

本実施形態では、一般的な音叉型の圧電振動片１を例に本発明を説明したが、これに限らず、振動腕部を有する種々の圧電振動片に本発明が適用できる。
図１３は、本発明の他の適用例の説明図である。
図１３に示す圧電振動片１は、一対の振動腕部３ａ，３ｂと、振動腕部３ａ，３ｂの−Ｙ側を連結する基部４と、振動腕部３ａ，３ｂのＸ方向の両端に間隔をあけて配置され、−Ｙ側が基部４に連結された一対のサイド基部７ａ，７ｂと、を備えている。この圧電振動片１は、振動腕部３ａ，３ｂの＋Ｙ側に、−Ｙ側よりも幅広に形成された幅広部８ａ，８ｂを設けた、いわゆるハンマーヘッドタイプの圧電振動片１である。なお、ハンマーヘッドタイプの圧電振動片１は、振動腕部３ａ，３ｂの＋Ｙ側の質量を増加させることで、振動腕部３ａ，３ｂを短尺化しても容易に振動できるため、圧電振動片１の小型化に有効である。また、サイド基部７ａ，７ｂにより圧電振動片１を強固にマウントできるので、振動漏れの抑制に有効である。
このようなハンマーヘッドタイプの圧電振動片１に対しても、実施形態および実施形態の各変形例と同様に溝部を形成することで本発明を適用でき、同様の効果を得ることができる。

１・・・圧電振動片 ３（３ａ，３ｂ）・・・振動腕部 ４・・・基部 ３０・・・圧電振動子 ５１・・・外側溝部（溝部、側溝部） ５１ｃ・・・外側溝基端部（側溝基端部） ５２・・・内側溝部（溝部、側溝部） ５２ｃ・・・内側溝基端部（側溝基端部） ５３・・・中央溝部（溝部） ５３ｃ・・・中央溝基端部 １１０・・・発振器 １２０・・・携帯情報機器（電子機器） １４０・・・電波時計

Claims (7)

1. 並んで配置された一対の振動腕部と、
   前記振動腕部の両主面上に形成され、前記振動腕部の長手方向に沿って伸びる溝部と、
   前記一対の振動腕部が接続された基部と、
   を備えた圧電振動片であって、
   前記振動腕部の横方向において、前記溝部が並んで複数本形成されており、かつ、前記溝部の間に形成されている壁部の幅は、前記振動腕部の先端側における前記壁部の幅よりも、前記振動腕部の基端側における前記壁部の幅の方が大きくなるように形成され、
   前記振動腕部の側面と、前記振動腕部の側面側の前記溝部の側面とが、前記振動腕部の先端側から前記振動腕部の基端側まで略平行に形成されていることを特徴とする圧電振動片。
2. 請求項１に記載の圧電振動片であって、
   前記振動腕部の基端側における前記溝部の幅は、前記振動腕部の先端側における前記溝部の幅よりも狭く形成されていることを特徴とする圧電振動片。
3. 請求項１または２に記載の圧電振動片であって、
   前記振動腕部の外側において、前記基部から前記振動腕部の先端方向に向けて延びるサイド基部が形成されていることを特徴とする圧電振動片。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧電振動片を有することを特徴とする圧電振動子。
5. 請求項４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。
6. 請求項４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。
7. 請求項４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。

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