JP5783224B2 - 電子機器 - Google Patents
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特許文献1の振動片は、基部に切り欠き部が形成されていることにより、振動腕から基部への振動漏れが減少し、CI(クリスタルインピーダンス)値およびQ値のばらつきの抑制が図られている。
このエッチング異方性に起因して、振動片は、基部の切り欠き部の先端部分が、オーバーエッチング(エッチング過多)されることによって、本来の位置より基部の中央側に入り込み、例えば、先端が尖ったくさびのような、応力が集中しやすい形状に形成されることがある。
これにより、振動片は、落下時などの衝撃が加わった際に、切り欠き部の先端部分に応力が集中し、その部分から破損する虞がある。
振動片が破損すると、該振動片が用いられている電子機器は、電子機器としての機能を発揮することができなくなる。即ち、耐衝撃特性の劣る電子機器となってしまう虞があった。
本発明のある形態に係る電子機器は、水晶の結晶軸として互いに直交するX軸、Y軸、およびZ軸に対して所定の角度で切り出されたZ板を基材とした振動片を備え、前記振動片は、前記Y軸方向に並んで配置されている第1の部分と、第2の部分と、前記第1の部分と前記第2の部分との間に前記Y軸方向に並んで配置され、前記第1の部分と前記第2の部分とを連結する連結部と、前記X軸方向に沿って前記連結部と並んでいる切り欠きと、を備えた基部と、前記第1の部分から前記Y軸方向に沿って突出している振動腕と、を含み、前記切り欠きは、前記基部の主面の外縁に挟まれて画定される前記Y軸方向の幅を有している第1の範囲、前記第1の範囲よりも前記連結部から離れている第2の範囲、及び前記第1の範囲と前記第2の範囲の間にある第3の範囲を有しており、前記X軸方向に延びる仮想線と前記外縁とのなす角は、前記第3の範囲が、前記第1の範囲、及び前記第2の範囲よりも小さく、前記切り欠きは、平面視で、前記振動腕側の前記外縁に傾斜部を有し、前記傾斜部の前記X軸方向に対する傾斜角度が、3度以上、35度以下であり、前記振動腕は、平面視で、錘部と、前記錘部と前記基部との間に配置されている腕部と、を含むことを特徴とする。
本発明のある別の形態に係る電子機器は、水晶の結晶軸として互いに直交するX軸、Y軸、およびZ軸に対して所定の角度で切り出されたZ板を基材とした振動片を備え、前記振動片は、前記Y軸方向に並んで配置されている第1の部分と、第2の部分と、前記第1の部分と前記第2の部分との間に前記Y軸方向に並んで配置され、前記第1の部分と前記第2の部分とを連結する連結部と、前記X軸方向に沿って前記連結部と並んでいる切り欠きと、を備えた基部と、前記第1の部分から前記Y軸方向に沿って突出している振動腕と、を含み、前記切り欠きは、前記基部の主面の外縁に挟まれて画定される前記Y軸方向の幅を有している第1の範囲、前記第1の範囲よりも前記連結部から離れている第2の範囲、及び前記第1の範囲と前記第2の範囲の間にある第3の範囲を有しており、前記X軸方向に延びる仮想線と前記外縁とのなす角は、前記第3の範囲が、前記第1の範囲、及び前記第2の範囲よりも小さく、前記切り欠きは、平面視で、前記振動腕側とは反対側の前記外縁に傾斜部を有し、前記傾斜部の前記X軸方向に対する傾斜角度が、10度以上、30度以下であり、前記振動腕は、平面視で、錘部と、前記錘部と前記基部との間に配置されている腕部と、を含むことを特徴とする。
本発明のある別の形態に係る電子機器は、前記第1の範囲の幅は、前記第3の範囲の幅よりも小さく、前記第3の範囲の幅は、前記第2の範囲の幅よりも小さいことを特徴とする。
本発明のある別の形態に係る電子機器は、前記振動腕には前記Y軸方向に沿って延在している溝が設けられていることを特徴とする。
本発明のある別の形態に係る電子機器は、前記振動片は音叉型水晶振動片であることを特徴とする。
振動片は、上記方向に切り欠き部を設けることで、振動漏れをより効果的に抑制できる。そして、振動片は、基部に傾斜部を有することで、切り欠き部の先端部分におけるエッチングの進行度合いが変化し、オーバーエッチングを抑制できる。
この結果、振動片は、切り欠き部の先端部分における応力集中が緩和されることから、基部の強度が向上し、耐衝撃特性を向上させることができる。
従って、上記振動片を用いている電子機器は、耐衝撃特性を向上させることが可能となる。
この結果、振動片は、切り欠き部の先端部分における応力集中が緩和されることから、基部の強度が向上し、耐衝撃特性を向上させることができる。
振動片は、一方の辺と傾斜部との成す角度が上記範囲内であることにより、効果的にオーバーエッチングを抑制できる。なお、上記範囲は、発明者らが現物との整合性を検証した上でのエッチングのシミュレーションによる解析結果から得た知見である。
振動片は、他方の辺と傾斜部との成す角度が上記範囲内であることにより、効果的にオーバーエッチングを抑制できる。なお、上記範囲は、発明者らが現物との整合性を検証した上でのシミュレーションによる解析結果から得た知見である。
図1は、本発明に係る電子機器に用いられる第1の実施形態の振動片の概略構成を示す模式図であり、図1(a)は平面図、図1(b)は、図1(a)のA−A線での断面図である。図2は、図1(a)のB部拡大図である。
ここで、Z板とは、切り出し面(主面10a)がZ軸に対して略直交したものをいい、このZ軸に直交した主面10aが、X軸のプラス側から見てY軸からZ軸の方向へ反時計回りまたは時計回りに0度〜数度の範囲で回転した状態で切り出されたものも含まれる。
水晶振動片1は、X軸が電気軸、Y軸が機械軸、Z軸が光軸となるように、水晶の単結晶から切り出される。
水晶振動片1は、X軸とY軸とからなるX−Y面を、X軸とY軸との交点(座標原点)からみてX軸回りに角度0度から5度傾けた面に沿うZ板を用いることができる。
なお、水晶振動片1は、水晶からの切り出し角度の誤差を、X軸、Y軸及びZ軸の各々につき多少の範囲(例えば、0度〜5度程度の範囲)で許容できる。
水晶振動片1は、基部10と、一対の振動腕11とを含んで音叉を構成することで、音叉型振動片となっており、支持部14の所定の位置に形成された図示しないマウント電極を介してパッケージなどの外部部材に固定されるようになっている。
水晶振動片1は、振動腕11に形成された図示しない励振電極に、マウント電極を経由して外部から駆動信号が印加されることにより、一対の振動腕11が、所定の周波数(例えば、32kHz)で矢印C方向及び矢印D方向に交互に屈曲振動(共振)する。
X軸プラス方向切り欠き部12は、基部10をX軸のマイナス側からプラス側へ切り欠いて形成されている。
そして、図2に示すように、基部10は、X軸プラス方向切り欠き部12において、切り欠き方向に沿った辺12a,12bの内、Y軸のプラス側に位置する一方の辺としての辺12aと、基部10の外周10bとの間に、X軸プラス方向切り欠き部12の幅が外周10bに近づくに連れて広がるように形成された傾斜部12cを有する。換言すれば、X軸プラス方向切り欠き部12は、X軸プラス方向切り欠き部のY軸方向における幅が、X軸プラス方向切り欠き部12のX軸のマイナス側の端である基部10の外周10bの位置において最大であり、X軸のマイナス側の端である外周10bからX軸のプラス側へ向かって徐々に狭まる形状となっている。
傾斜部12cは、上記のように、X軸プラス方向切り欠き部12においてY軸のプラス側に位置する辺12aに接続され、辺12aとの成す角度θが、3度〜35度の範囲内となるように形成されている。
一方、X軸マイナス方向切り欠き部13は、図1(a)に示すように、X軸プラス方向切り欠き部12と対になるように設けられ、振動腕11の延びる方向(Y軸方向)に沿った基部10の中心線10cを対称軸として、X軸プラス方向切り欠き部12と対称形状に形成されている。
図3は、切り欠き部における傾斜部の角度と、先端部分のエッチング形状との関係を示す図である。
シミュレーションによって得られたエッチング形状については、3段階で評価し、応力が集中しやすい形状順に×:不良、○:良、◎:優良、で表している。エッチング形状は、○、◎の評価であれば、応力が集中し難く量産に適用できるものと判断される。
この解析結果によれば、傾斜部12cの角度θは、3度〜35度の範囲内が好ましく、10度〜30度の範囲内がより好ましい。また、角度θは、エッチング異方性の影響を踏まえた傾斜部12cの形成精度の観点からすれば、ほぼ30度とすることが特に好ましい。
この場合には、X軸プラス方向切り欠き部12の先端部分が、大きくオーバーエッチングされ、実線で示した本来の円弧状の形状より基部10の中央側に入り込み、先端が尖ったくさびのような、応力が集中しやすい形状に形成されている。
これに対して、傾斜部12cの角度θが3度〜35度の範囲内の場合には、X軸プラス方向切り欠き部12の先端部分におけるエッチングの進行度合いが変化し、オーバーエッチングが抑制され、X軸プラス方向切り欠き部12の先端部分が、実線で示した本来の円弧状の形状に近似した形状で形成されている。
そして、水晶振動片1は、X軸プラス方向切り欠き部12に傾斜部12cを有することで、X軸プラス方向切り欠き部12の先端部分におけるエッチングの進行度合いが変化し、オーバーエッチングを抑制できる。
この結果、水晶振動片1は、X軸プラス方向切り欠き部12の先端部分における応力集中が緩和されることから、基部10の強度が向上し、耐衝撃特性を向上させることができる。
なお、水晶振動片1は、水晶のエッチング異方性によりX軸マイナス方向切り欠き部13の先端部分がオーバーエッチングされ難いことから、X軸マイナス方向切り欠き部13には傾斜部がなくてもよい。
図4は、本発明に係る電子機器に用いられる第2の実施形態の振動片の概略構成を示す模式図であり、図4(a)は平面図、図4(b)は、図4(a)のE−E線での断面図である。図5は、図4(a)のF部拡大図である。
なお、第1の実施形態との共通部分については、同一符号を付して説明を省略し、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
図5に示すように、水晶振動片2の基部10は、X軸プラス方向切り欠き部12において、切り欠き方向に沿った辺12a,12bの内、Y軸のマイナス側に位置する他方の辺としての辺12bと、基部10の外周10bとの間に、X軸プラス方向切り欠き部12の幅が外周10bに近づくに連れて広がるように形成された傾斜部12dを有する。換言すれば、X軸プラス方向切り欠き部12は、X軸プラス方向切り欠き部のY軸方向における幅が、X軸プラス方向切り欠き部12のX軸のマイナス側の端である基部10の外周10bの位置において最大であり、X軸のマイナス側の端である外周10bからX軸のプラス側へ向かって徐々に狭まる形状となっている。
傾斜部12dは、上記のように、X軸プラス方向切り欠き部12においてY軸のマイナス側に位置する辺12bに接続され、辺12bとの成す角度θ1が、10度〜30度の範囲内となるように形成されている。
一方、X軸マイナス方向切り欠き部13は、図4(a)に示すように、X軸プラス方向切り欠き部12と対になるように設けられ、振動腕11の延びる方向(Y軸方向)に沿った基部10の中心線10cを対称軸として、X軸プラス方向切り欠き部12と対称形状に形成されている。
図6は、切り欠き部における傾斜部の角度と、先端部分のエッチング形状との関係を示す図である。
シミュレーションによって得られたエッチング形状については、2段階で評価し、応力が集中しやすい形状順に×:不良、○:良、で表している。エッチング形状は、○の評価であれば、応力が集中し難く量産に適用できるものと判断される。
この解析結果によれば、傾斜部12dの角度θ1は、10度〜30度の範囲内が好ましいことがわかる。
この場合には、第1の実施形態と同様に、X軸プラス方向切り欠き部12の先端部分が、大きくオーバーエッチングされ、実線で示した本来の円弧状の形状より基部10の中央側に入り込み、先端が尖ったくさびのような、応力が集中しやすい形状に形成されている。
これに対して、傾斜部12dの角度θ1が10度〜30度の範囲内の場合には、X軸プラス方向切り欠き部12の先端部分におけるエッチングの進行度合いが変化し、オーバーエッチングが抑制され、X軸プラス方向切り欠き部12の先端部分が、実線で示した本来の円弧状の形状に近似した形状で形成されている。
そして、水晶振動片2は、傾斜部12dと辺12bとの成す角度θ1が、10度〜30度の範囲内となるように形成されている。
この結果、水晶振動片2は、X軸プラス方向切り欠き部12の先端部分における応力集中が緩和されることから、基部10の強度が向上し、耐衝撃特性を向上させることができる。
なお、水晶振動片2は、水晶のエッチング異方性によりX軸マイナス方向切り欠き部13の先端部分がオーバーエッチングされ難いことから、X軸マイナス方向切り欠き部13には傾斜部がなくてもよい。
また、支持部14、錘部16、溝部17は、なくてもよい。また、振動腕11の屈曲振動の方向は、振動腕11の厚み方向(Z軸方向)であってもよい。また、傾斜部12cと傾斜部12dとは、併用されてもよい。
次に、第3の実施形態として、上記で説明した水晶振動片を備えた振動子について説明する。
図7は、第3の実施形態の振動子の概略構成を示す模式図であり、図7(a)は平面図、図7(b)は、図7(a)のG−G線での断面図である。
パッケージ80は、パッケージベース81、シームリング82、蓋体85などから構成されている。
パッケージベース81は、水晶振動片1を収容できるように凹部が形成され、その凹部に水晶振動片1の図示しないマウント電極と接続される接続パッド88が設けられている。
接続パッド88は、パッケージベース81内の配線に接続され、パッケージベース81の外周部に設けられた外部接続端子83と導通可能に構成されている。
水晶振動片1は、パッケージベース81の接続パッド88に導電性接着剤84を介して接着固定されている。そして、パッケージ80は、パッケージベース81の凹部を覆う蓋体85とシームリング82とがシーム溶接されている。
パッケージベース81の貫通穴86には、金属材料などからなる封止材87が充填されている。この封止材87は、減圧雰囲気内で溶融後固化され、パッケージベース81内が減圧状態を保持できるように、貫通穴86を気密に封止している。
水晶振動子5は、外部接続端子83を介した外部からの駆動信号により水晶振動片1が励振され、所定の周波数(例えば、32kHz)で発振する。
なお、水晶振動子5は、水晶振動片1に代えて水晶振動片2を用いても、同様の効果を得ることができる。
次に、第4の実施形態として、上記で説明した水晶振動片を備えた発振器について説明する。
図8は、第4の実施形態の発振器の概略構成を示す模式図であり、図8(a)は平面図、図8(b)は図8(a)のJ−J線での断面図である。
図8に示すように、水晶発振器6は、第1の実施形態の水晶振動片1と、水晶振動片1を発振させる発振回路を有する回路素子としてのICチップ91と、水晶振動片1及びICチップ91を収容するパッケージ80と、を備えている。
ICチップ91は、パッケージベース81の底部に固着され、金線などの金属ワイヤー92により他の配線と接続されている。
水晶発振器6は、ICチップ91の発振回路からの駆動信号により水晶振動片1が励振され、所定の周波数(例えば、32kHz)で発振する。
なお、水晶発振器6は、水晶振動片1に代えて水晶振動片2を用いても、同様の効果を得ることができる。
上記で説明した各実施形態の水晶振動片は、各種の電子機器に適用することができ、得られる電子機器は、信頼性の高いものとなる。なお、本電子機器には、上記実施形態で説明した振動子および発振器を用いてもよい。
図9、および図10は、本発明の電子機器の一例としての携帯電話機を示す。図9は、携帯電話機の外観の概略を示す斜視図であり、図10は、携帯電話機の回路部を説明する回路ブロック図である。
この携帯電話機300は、上述の水晶振動片1または水晶振動片2を使用することができる。本例では、水晶振動片1を用いた例で説明する。また、水晶振動片1の構成、作用については、同一符号を用いるなどして、その説明を省略する。
図9に示すように携帯電話機300は、表示部であるLCD(Liquid Crystal Display)301、数字等の入力部であるキー302、マイクロフォン303、スピーカー311、図示しない回路部などが設けられている。
図10に示すように、携帯電話機300で送信する場合は、使用者が、自己の声をマイクロフォン303に入力すると、信号はパルス幅変調・符号化ブロック304と変調器/復調器ブロック305を経てトランスミッター306、アンテナスイッチ307を開始アンテナ308から送信されることになる。
このうち、アンテナスイッチ307や変調器/復調器ブロック305等を制御するためのコントローラー312が設けられている。
このコントローラー312は、上述の他に表示部であるLCD301や数字等の入力部であるキー302、更にはRAM313やROM314等も制御するため、高精度であることが求められる。また、携帯電話機300の小型化の要請もある。
このような要請に合致するものとして上述の水晶振動片1が用いられている。
なお、携帯電話機300は、他の構成ブロックとして、温度補償型水晶発振器レシーバー用シンセサイザー316、トランスミッター用シンセサイザー317などを有しているが説明を省略する。
この結果、水晶振動片1は、切り欠き部の先端部分における応力集中が緩和されることから、基部10の強度が向上し、耐衝撃特性を向上させることができる。
従って、水晶振動片1を用いている電子機器(携帯電話機300)は、安定した特性を有するとともに、耐衝撃特性を向上させることが可能となる。
また、本発明の水晶振動片1を備える電子機器としては、前述に加え、例えばディジタルスチールカメラ、インクジェット式吐出装置(例えばインクジェットプリンター)、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS端末、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシミュレーター等が挙げられる。
例えば、前述した実施形態では、水晶振動片が振動部として2の振動腕を有する場合を例に説明したが、振動腕の数は、3つ以上であってもよい。
Claims (5)
- 水晶の結晶軸として互いに直交するX軸、Y軸、およびZ軸に対して所定の角度で切り出されたZ板を基材とした振動片を備え、
前記振動片は、
前記Y軸方向に並んで配置されている第1の部分と、第2の部分と、
前記第1の部分と前記第2の部分との間に前記Y軸方向に並んで配置され、前記第1の部分と前記第2の部分とを連結する連結部と、
前記X軸方向に沿って前記連結部と並んでいる切り欠きと、を備えた基部と、
前記第1の部分から前記Y軸方向に沿って突出している振動腕と、
を含み、
前記切り欠きは、前記基部の主面の外縁に挟まれて画定される前記Y軸方向の幅を有している第1の範囲、前記第1の範囲よりも前記連結部から離れている第2の範囲、及び前記第1の範囲と前記第2の範囲の間にある第3の範囲を有しており、
前記X軸方向に延びる仮想線と前記外縁とのなす角は、前記第3の範囲が、前記第1の範囲、及び前記第2の範囲よりも小さく、
前記切り欠きは、平面視で、前記振動腕側の前記外縁に傾斜部を有し、
前記傾斜部の前記X軸方向に対する傾斜角度が、3度以上、35度以下であり、
前記振動腕は、平面視で、錘部と、前記錘部と前記基部との間に配置されている腕部と、を含むことを特徴とする電子機器。 - 水晶の結晶軸として互いに直交するX軸、Y軸、およびZ軸に対して所定の角度で切り出されたZ板を基材とした振動片を備え、
前記振動片は、
前記Y軸方向に並んで配置されている第1の部分と、第2の部分と、
前記第1の部分と前記第2の部分との間に前記Y軸方向に並んで配置され、前記第1の部分と前記第2の部分とを連結する連結部と、
前記X軸方向に沿って前記連結部と並んでいる切り欠きと、を備えた基部と、
前記第1の部分から前記Y軸方向に沿って突出している振動腕と、
を含み、
前記切り欠きは、前記基部の主面の外縁に挟まれて画定される前記Y軸方向の幅を有している第1の範囲、前記第1の範囲よりも前記連結部から離れている第2の範囲、及び前記第1の範囲と前記第2の範囲の間にある第3の範囲を有しており、
前記X軸方向に延びる仮想線と前記外縁とのなす角は、前記第3の範囲が、前記第1の範囲、及び前記第2の範囲よりも小さく、
前記切り欠きは、平面視で、前記振動腕側とは反対側の前記外縁に傾斜部を有し、
前記傾斜部の前記X軸方向に対する傾斜角度が、10度以上、30度以下であり、
前記振動腕は、平面視で、錘部と、前記錘部と前記基部との間に配置されている腕部と、を含むことを特徴とする電子機器。 - 請求項1または2において、
前記第1の範囲の幅は、前記第3の範囲の幅よりも小さく、
前記第3の範囲の幅は、前記第2の範囲の幅よりも小さいことを特徴とする電子機器。 - 請求項1乃至3の何れか一項において、
前記振動腕には前記Y軸方向に沿って延在している溝が設けられていることを特徴とする電子機器。 - 請求項1乃至4の何れか一項において、
前記振動片は音叉型水晶振動片であることを特徴とする電子機器。
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