JP5819151B2 - 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、この圧電振動子を用いた発振器、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パッケージに封入した圧電振動子が知られている。

音叉型の圧電振動片は、幅方向に並んで配置された一対の振動腕部と、一対の振動腕部の長手方向の基端側を一体的に固定する基部とを有する、薄板状の水晶片である。この圧電振動片は、各振動腕部に形成された励振電極に電圧が印加されると、一対の振動腕部が接近および離間するように、幅方向に所定の共振周波数で振動する。

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。圧電振動片の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、振動腕部の両主面に溝部を形成する方法が広く知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の圧電振動片は、基部と、前記基部から突出して形成されている複数の振動腕部と、を備え、各振動腕部の表面部および裏面部に、溝部が形成されている。溝部により、振動腕部の長手方向に垂直な断面の形状は略Ｈ型となっている。

特開２００３−９２５３０号公報

図１５は、圧電振動片４の正規の振動状態の説明図である。
図１６は、従来技術の圧電振動片４の説明図である。
なお、図１５および図１６において、圧電振動片４の幅方向をＸ方向、長手方向をＹ方向、厚み方向をＺ方向として説明する。また、図１５および図１６では、図面を分りやすくするために、振動腕部１０，１１の振れ幅を誇張して表現している。

圧電振動片４に溝部５１を形成した場合、溝部５１を形成していない場合と比較して、振動腕部１０，１１のＹ方向に垂直な断面の面積（以下「振動腕部１０，１１の断面積」という。）が小さくなり、振動腕部１０，１１のＺ方向に対する曲げ剛性が低下する。
このため、圧電振動片４を作動させると、振動腕部１０，１１は、図１５に示す正規のＸ方向の曲げ振動に加え、図１６に示すように、Ｚ方向の曲げ剛性の低下に起因してＺ方向にも曲げ振動する。具体的には、図１６に示すように、Ｚ方向において第１の振動腕部１０と、第２の振動腕部１１とが逆位相にバタついて振動するおそれがある。この振動腕部１０，１１のＺ方向の振動は、ＣＩ値の上昇や、圧電振動片４の振動が外部に漏洩するいわゆる振動漏れに繋がるおそれがある。

そこで本発明は、振動腕部の厚み方向の振動を抑制し、ＣＩ値の上昇や振動漏れを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、を備えた圧電振動片であって、前記溝部内には、前記長手方向の基端側および前記長手方向の先端側のいずれか一方の壁面から、前記基端側および前記先端側のいずれか他方に向かって伸びるリブが形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、溝部内にリブを形成することで振動腕部の断面積を大きくできる。これにより、従来技術と比較して振動腕部の厚み方向に対する曲げ剛性を高く確保できるので、圧電振動片を作動させた際に、振動腕部が厚み方向に振動するのを抑制できる。したがって、ＣＩ値の上昇や振動漏れを抑制できる圧電振動片を得ることができる。
また、振動腕部の曲げ剛性を高く確保することで、圧電振動片が落下等して衝撃を受けた場合でも、振動腕部の破損を防止できる。

また、前記リブが、前記基端側の壁面から前記先端側に向かって伸びていることを特徴としている。

本発明によれば、溝部内においてリブが基端側の壁面から先端側に向かって伸びているので、振動腕部の基端側の断面積を大きくできる。これにより、振動腕部の基端側の曲げ剛性を高く確保でき、基部と振動腕部との接続部分近傍を屈曲点として振動腕部全体が厚み方向に振動するのを抑制できる。したがって、ＣＩ値の上昇や振動漏れを効果的に抑制できる。また、圧電振動片が衝撃を受けた場合に、応力が作用しやすい基部と振動腕部との接続部分で曲げ剛性を確保しているので、振動腕部の破損を確実に防止できる。

また、前記振動腕部の前記基端側における前記リブの幅は、前記振動腕部の前記先端側における前記リブの幅よりも広く形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、振動腕部の基端側におけるリブの幅は、振動腕部の先端側におけるリブの幅よりも広く形成されるので、振動腕部の基端側の断面積を大きくできる。これにより、振動腕部の基端側の曲げ剛性をさらに高めることができるので、振動腕部が厚み方向に振動するのをさらに抑制できる。また、振動腕部が衝撃を受けた場合でも、振動腕部の破損をさらに防止できる。
また、振動腕部の先端側におけるリブの幅は、振動腕部の基端側におけるリブの幅よりも狭く形成されるので、振動腕部の先端側における溝部の断面積は、振動腕部の基端側における溝部の断面積よりも広く確保される。これにより、振動腕部の先端側を幅方向に効率よく振動させることができるので、電界効率を向上させて圧電振動片の振動特性を向上できる。
このように、振動腕部の基端側におけるリブの幅を、振動腕部の先端側におけるリブの幅よりも広く形成することで、振動腕部の基端側の曲げ剛性および圧電振動片の振動特性の向上を両立させることが可能となる。

また、前記振動腕部の前記基端側における前記溝部の幅は、前記振動腕部の前記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している。

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大きくできる。これにより、振動腕部の基端側の曲げ剛性をさらに高めることができるので、振動腕部が厚み方向に振動するのをさらに抑制できる。また、振動腕部が衝撃を受けた場合でも、振動腕部の破損を確実に防止できる。特に、基端側のリブの幅を先端側のリブの幅よりも広く形成しつつ、基端側の溝部の幅を先端側の溝部の幅よりも狭く形成することで、振動腕部の基端側の曲げ剛性を大幅に高めることができる。これにより、振動腕部の厚み方向の振動を確実に抑制し、ＣＩ値の上昇や振動漏れを確実に抑制できる。

また、前記溝部の幅は、前記振動腕部の長手方向に沿って一定に形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、振動腕部の側面と溝部の側面とを極めて短い距離で対向配置できる。これにより、振動腕部の側面と溝部の側面とにそれぞれ形成された電極（励振電極）に電圧を印加したとき、振動腕部の側面と溝部の側面との間に効率よく電界が形成されるので、振動腕部を幅方向に効率よく振動させることができる。特に、基端側のリブの幅を先端側のリブの幅よりも広く形成しつつ、溝部の幅を振動腕部の長手方向に沿って一定に形成することで、振動腕部の基端側の曲げ剛性を高めつつ、損失の少ない圧電振動片を形成できる。

また、本発明の圧電振動子は、上述した圧電振動片を備えたことを特徴としている。

本発明によれば、ＣＩ値の上昇や振動漏れを抑制できる圧電振動片を備えているので、高効率で消費電力の少ない圧電振動子を提供できる。

また、本発明の発振器は、上述した圧電振動子が、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、上述した圧電振動子が、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、上述した圧電振動子が、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。

本発明によれば、高効率で消費電力の少ない高性能な発振器、電子機器および電波時計を提供できる。

本発明によれば、溝部内にリブを形成することで、振動腕部の断面積を大きくできる。これにより、従来技術と比較して振動腕部の厚み方向に対する曲げ剛性を高く確保できるので、圧電振動片を作動させた際に、振動腕部が厚み方向に振動するのを抑制できる。したがって、ＣＩ値の上昇や振動漏れを抑制できる圧電振動片を得ることができる。
また、振動腕部の曲げ剛性を高く確保することで、圧電振動片が落下等して衝撃を受けた場合でも、振動腕部の破損を防止できる。

圧電振動片の平面図である。 溝部の拡大図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 ドライブレベル特性の説明図である。 実施形態の第１変形例の説明図である。 実施形態の第２変形例の説明図である。 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９のＣ−Ｃ線における断面図である。 図８に示す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。 圧電振動片の正規の振動状態の説明図である。 従来技術の圧電振動片の説明図である。

（圧電振動片）
以下に、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４の平面図である。
図２は、溝部５１の拡大図である。なお、図２では、分かり易くするために後述する励振電極１３，１４の図示を省略している。
図３は、図１のＡ−Ａ線に沿った溝部５１の断面図である。
図４は、図１のＢ−Ｂ線に沿った溝部５１の断面図である。
なお、以下では、振動腕部１０，１１が並んでいる幅方向をＸ方向（図１参照）とし、Ｘ方向における中心軸をＯとし、圧電振動片４の内側を−Ｘ側とし、外側を＋Ｘ側として説明している。また、圧電振動片４の長手方向をＹ方向（図１参照）とし、基端側を−Ｙ側とし、先端側を＋Ｙ側として説明している。また、圧電振動片４の厚み方向をＺ方向（図３参照）とし、一方側（図３における上側）を＋Ｚ側とし、他方側（図３における下側）を−Ｚ側として説明している。

図１に示すように、圧電振動片４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圧電振動片４である。
圧電振動片４は、平行に配置された一対の振動腕部１０，１１（第１の振動腕部１０および第２の振動腕部１１）と、一対の振動腕部１０，１１の−Ｙ側を一体的に固定する基部１２と、を備えている。圧電振動片４は、所定の電圧が印加されたときに、振動腕部１０，１１が近接および離間するように、Ｘ方向に振動するものである。

一対の振動腕部１０，１１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１０，１１の＋Ｚ側面および−Ｚ側面（両主面）上には、振動腕部１０，１１のＹ方向に沿って伸びる溝部５１が形成されている。ここで、第１の振動腕部１０に形成された溝部５１と、第２の振動腕部１１に形成された溝部５１とは同一形状となっている。したがって、以下の説明では、第１の振動腕部１０に形成された溝部５１について説明し、第２の振動腕部１１に形成された溝部５１については説明を省略する。

（溝部）
図２に示すように、振動腕部１０には、溝部５１が形成されている。溝部５１の−Ｙ側壁面５１ａは、振動腕部１０と基部１２との接続部近傍に配置されている。溝部５１の＋Ｙ側壁面５１ｂは、振動腕部１０のＹ方向における略中央に配置されている。すなわち、溝部５１は、振動腕部１０と基部１２との接続部近傍から、振動腕部１０のＹ方向における略中央までの範囲にわたって、Ｙ方向に沿って所定の深さで形成されている。

溝部５１は、−Ｙ側壁面５１ａの幅Ｌ１が＋Ｙ側壁面５１ｂの幅Ｌ２よりも狭くなるように形成されている。具体的には、＋Ｙ側から−Ｙ側にかけて、溝部５１の＋Ｘ側面５１ｃが−Ｘ側に所定角度で傾斜し、−Ｘ側面５１ｄが＋Ｘ側に所定角度で傾斜して形成されている。これにより、溝部５１の幅は、＋Ｙ側から−Ｙ側にかけて漸次テーパ状に狭くなるように形成されている。

溝部５１内のＸ方向略中央には、リブ５３が形成されている。リブ５３の−Ｙ側端部５３ａは、振動腕部１０と基部１２との接続部近傍に配置されており、溝部５１の−Ｙ側壁面５１ａと接続されている。リブ５３の＋Ｙ側端部５３ｂは、溝部５１の＋Ｙ側壁面５１ｂよりも−Ｙ側に配置されており、溝部５１の＋Ｙ側壁面５１ｂと離間している。すなわち、リブ５３は、溝部５１内の−Ｙ側壁面５１ａから、溝部５１の＋Ｙ側壁面５１ｂよりも−Ｙ側までの範囲にわたって、Ｙ方向に沿って形成されている。

リブ５３は、−Ｙ側端部５３ａの幅Ｌ３が＋Ｙ側端部５３ｂの幅Ｌ４よりも広くなるように形成されている。具体的には、＋Ｙ側から−Ｙ側にかけて、リブ５３の＋Ｘ側面５３ｃが＋Ｘ側に所定角度で傾斜し、−Ｘ側面５３ｄが−Ｘ側に所定角度で傾斜して形成されている。これにより、リブ５３の幅は、＋Ｙ側から−Ｙ側にかけて漸次テーパ状に広くなるように形成されている。

上述のとおり、リブ５３の＋Ｙ側端部５３ｂは、溝部５１の＋Ｙ側壁面５１ｂと離間している。このため、図１のＡ−Ａ線に沿った図３に示す断面図のように、溝部５１の＋Ｙ側では溝部５１内にリブ５３を有していない。したがって、Ａ−Ａ断面における溝部５１の断面積は大きくなり、振動腕部１０，１１の断面積Ｓ１は小さくなっている。

これに対して、リブ５３の−Ｙ側端部５３ａ（図２参照）は、溝部５１の−Ｙ側壁面５１ａ（図２参照）と接続されている。このため、図１のＢ−Ｂ線に沿った図４に示す断面図のように、溝部５１の−Ｙ側では溝部５１内にリブ５３を有している。さらに、溝部５１の幅は、＋Ｙ側から−Ｙ側にかけて狭くなるように形成され、リブ５３の幅は＋Ｙ側から−Ｙ側にかけて広くなるように形成されている。したがって、Ｂ−Ｂ断面における溝部５１の断面積は非常に小さくなっており、振動腕部１０，１１の断面積Ｓ２は大きくなっている。

このように、振動腕部１０，１１の−Ｙ側の断面積Ｓ２を大きくすることで、振動腕部１０，１１の−Ｙ側の曲げ剛性が高く確保される。これにより、基部１２と振動腕部１０，１１との接続部分近傍において、Ｘ方向に沿った軸を中心とした振動腕部１０，１１のＺ方向への曲げ振動が抑制される。したがって、圧電振動片４を作動させた際に、振動腕部１０，１１全体がＺ方向に振動するのを抑制できる。
また、振動腕部１０，１１の＋Ｙ側におけるリブ５３の幅は、振動腕部１０，１１の−Ｙ側におけるリブ５３の幅よりも狭く形成されているので、＋Ｙ側の溝部５１の断面積は、−Ｙ側の溝部５１の断面積よりも大きくなる。これにより、振動腕部１０，１１の＋Ｙ側をＸ方向に効率よく振動させることができるので、電界効率が向上し圧電振動片４の振動特性を向上できる。
このように、振動腕部１０，１１の−Ｙ側におけるリブ５３の幅を、振動腕部１０，１１の＋Ｙ側におけるリブ５３の幅よりも広く形成することで、振動腕部１０，１１の−Ｙ側の曲げ剛性および圧電振動片４の振動特性の向上を両立させることが可能となる。

図５は、ドライブレベル特性の説明図である。
ところで、振動腕部１０，１１の曲げ剛性は、圧電振動片４のドライブレベル特性に影響を与えることが一般に知られている。ここで、ドライブレベル特性とは、駆動電圧の変動に対する振動周波数の変動特性をいう。
具体的には、図５に示すように、圧電振動片４に印加する電圧をＶ１からＶ２に上昇させると、周波数はｆ０からｆ１に上昇する。そして、圧電振動片４に印加する電圧をＶ２から再度Ｖ１に戻したとき、周波数はｆ１からｆ０周波数に戻らずにｆ０よりも低い値ｆ２となる。この振動周波数の変動値Δｆ（ｆ０とｆ２との差）の特性のことをドライブレベル特性という。なお、Δｆの振れ幅が小さいほど、ドライブレベル特性は良好であるといえる。
本実施形態によれば、振動腕部１０，１１の−Ｙ側の断面積Ｓ２は大きくなっているので、振動腕部１０，１１の−Ｙ側の曲げ剛性を高く確保できる。これにより、圧電振動片４を作動させた際に、基部１２と振動腕部１０，１１との接続部分近傍において、振動腕部１０，１１の歪が抑制される。したがって、良好なドライブレベル特性を有する圧電振動片４が得られる。

（励振電極）
図１に示すように、上述した圧電振動片４は、一対の振動腕部１０，１１に形成されて一対の振動腕部１０，１１を振動させる第１の励振電極１３と第２の励振電極１４とからなる励振電極１５と、第１の励振電極１３および第２の励振電極１４に電気的に接続されたマウント電極１６，１７とを有している。
励振電極１３，１４は、一対の振動腕部１０，１１の主面上に形成される。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１３，１４は、電圧が印加されたときに、一対の振動腕部１０，１１を互いに接近又は離間するように、Ｘ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１３，１４は、一対の振動腕部１０，１１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、第１の励振電極１３は、主に第１の振動腕部１０の溝部５１内およびリブ５３の外表面と、第２の振動腕部１１の＋Ｘ側面１１ａおよび−Ｘ側面１１ｂと、に形成されている（図４参照）。また、第２の励振電極１４は、主に第２の振動腕部１１の溝部５１内およびリブ５３の外表面と、第１の振動腕部１０の＋Ｘ側面１０ａおよび−Ｘ側面１０ｂと、に形成されている（図４参照）。

（マウント電極）
図１に示すように、基部１２には、中心軸Ｏを挟んで一対のマウント電極１６，１７が形成されている。マウント電極１６，１７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膜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、この場合に限られず、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。

（引き出し電極）
また、基部１２には、励振電極１３，１４と、マウント電極１６，１７とをそれぞれ電気的に接続する引き出し電極１９，２０が形成されている。
引き出し電極１９は、マウント電極１６と、第１の振動腕部１０に形成された第１の励振電極１３とを接続しており、中心軸Ｏを跨るように形成されている。
また、引き出し電極２０は、マウント電極１７と、第１の振動腕部１０に形成された第２の励振電極１４とを接続しており、基部１２の＋Ｘ側においてＹ方向に沿うように形成されている。

引き出し電極１９，２０は、マウント電極１６，１７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１６，１７の下地層を成膜するのと同時に、引き出し電極１９，２０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１９，２０を成膜しても構わない。

振動腕部１０，１１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２１ａおよび微調膜２１ｂからなる重り金属膜２１が形成されている。この重り金属膜２１を利用して周波数調整を行うことで、一対の振動腕部１０，１１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。

（実施形態の効果）
本実施形態によれば、溝部５１内にリブ５３を形成することで振動腕部１０，１１の断面積を大きくできる。特に、実施形態のリブ５３は、溝部５１の−Ｙ側から＋Ｙ側に向かって伸びている。さらに、−Ｙ側のリブ５３の幅を＋Ｙ側のリブ５３の幅よりも広く形成しつつ、−Ｙ側の溝部５１の幅を＋Ｙ側の溝部５１の幅よりも狭く形成している。このため、振動腕部１０，１１の−Ｙ側において、溝部５１の＋Ｘ側面５１ｃとリブ５３の＋Ｘ側面５３ｃとの幅、および溝部５１の−Ｘ側面５１ｄとリブ５３の−Ｘ側面５３ｄとの幅が狭く形成されるので、振動腕部１０，１１の＋Ｙ側の断面積よりも振動腕部１０，１１の−Ｙ側の断面積を大きくできる（図３および図４参照）。これにより、従来技術と比較して振動腕部１０，１１のＺ方向に対する曲げ剛性を高く確保できる。したがって、圧電振動片４を作動させた際に、振動腕部１０，１１がＺ方向に振動するのを抑制し、ＣＩ値の上昇や振動漏れを抑制できる圧電振動片４を得ることができる。
また、振動腕部１０，１１の曲げ剛性を高く確保することで、圧電振動片４が落下等して衝撃を受けた場合でも、振動腕部１０，１１の破損を防止できる。

（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６は、実施形態の第１変形例の説明図である。
上述の実施形態では、リブ５３は、−Ｙ側端部５３ａが溝部５１の−Ｙ側壁面５１ａと接続されており、−Ｙ側から＋Ｙ側に向かって伸びて形成されていた（図２参照）。これに対して、第１変形例では、図６に示すように、リブ５３は、＋Ｙ側端部５３ｂが溝部５１の＋Ｙ側壁面５１ｂと接続されており、＋Ｙ側から−Ｙ側に向かって伸びて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。

（溝部）
図６に示すように、振動腕部１０には、溝部５１が形成されている。溝部５１は、−Ｙ側壁面５１ａの幅Ｌ１が＋Ｙ側壁面５１ｂの幅Ｌ２よりも狭くなるように形成されている。本変形例における溝部５１の−Ｙ側壁面５１ａの幅Ｌ１は、実施形態における溝部５１の−Ｙ側壁面５１ａの幅Ｌ１（図２参照）よりも狭く形成されている。

溝部５１内のＸ方向略中央には、リブ５３が形成されている。リブ５３の−Ｙ側端部５３ａは、振動腕部１０と基部１２との接続部よりも＋Ｙ側に配置されており、溝部５１の−Ｙ側壁面５１ａと離間している。リブ５３の＋Ｙ側端部５３ｂは、溝部５１の＋Ｙ側壁面５１ｂと接続されている。すなわち、リブ５３は、溝部５１内の＋Ｙ側壁面５１ｂから振動腕部１０と基部１２との接続部よりも＋Ｙ側までの範囲にわたって、Ｙ方向に沿って形成されている。

リブ５３は、溝部５１の形状に対応して、−Ｙ側端部５３ａの幅Ｌ３が＋Ｙ側端部５３ｂの幅Ｌ４よりも狭くなるように形成されている。具体的には、＋Ｙ側から−Ｙ側にかけて、リブ５３の＋Ｘ側面５３ｃが−Ｘ側に所定角度で傾斜し、−Ｘ側面５３ｄが＋Ｘ側に所定角度で傾斜して形成されている。これにより、リブ５３の幅は、＋Ｙ側から−Ｙ側にかけて漸次テーパ状に狭くなるように形成されている。

（第１変形例の効果）
第１変形例によれば、振動腕部１０，１１の−Ｙ側において、振動腕部１０，１１の＋Ｘ側面１０ａ，１１ａと溝部５１の＋Ｘ側面５１ｃとの幅、および振動腕部１０，１１の−Ｘ側面１０ｂ，１１ｂと溝部５１の−Ｘ側面５１ｄとの幅が広く形成される。これにより、振動腕部１０，１１の−Ｙ側の曲げ剛性をさらに高めることができるので、振動腕部１０，１１が＋Ｚ方向に振動するのを抑制できる。また、溝部５１の幅が広く形成された＋Ｙ側からリブ５３を形成することで、溝部５１の形成領域における振動腕部１０，１１の断面積を、Ｙ方向に沿って略一定に形成できる。振動腕部１０，１１が衝撃を受けた場合でも、応力が集中するのを抑制して振動腕部１０，１１の破損を防止できる。

（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７は、実施形態の第２変形例の説明図である。
上述の実施形態および第１変形例では、溝部５１の幅が、＋Ｙ側から−Ｙ側にかけて狭くなるように形成されていた（図２および図６参照）。これに対して、本変形例では、溝部５１の幅が、Ｙ方向に沿って一定に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。

（溝部）
図７に示すように、振動腕部１０には、溝部５１が形成されている。溝部５１は、−Ｙ側壁面５１ａの幅Ｌ１と＋Ｙ側壁面５１ｂの幅Ｌ２とが略同一に形成されている。具体的には、＋Ｙ側から−Ｙ側にかけて、溝部５１の＋Ｘ側面５１ｃと振動腕部１０の＋Ｘ側面１０ａ、および溝部５１の−Ｘ側面５１ｄと振動腕部１０の−Ｘ側面１０ｂが略平行になるように形成されている。すなわち、溝部５１の幅は、Ｙ方向に沿って一定に形成されている。なお、実施形態と同様に、リブ５３の−Ｙ側端部５３ａの幅Ｌ３は、リブ５３の＋Ｙ側端部５３ｂの幅Ｌ４よりも広くなっている

（第２変形例の効果）
第２変形例によれば、溝部５１の幅を振動腕部１０，１１のＹ方向に沿って一定に形成することで、振動腕部１０，１１の＋Ｘ側面１０ａ，１１ａと溝部５１の＋Ｘ側面５１ｃ、および振動腕部１０，１１の−Ｘ側面１０ｂ，１１ｂと溝部５１の−Ｘ側面５１ｄとを極めて短い距離で対向配置できる。これにより、励振電極１３，１４に電圧を印加したとき、Ｘ方向に沿って振動腕部１０，１１の＋Ｘ側面１０ａ，１１ａと溝部５１の＋Ｘ側面５１ｃ、および振動腕部１０，１１の−Ｘ側面１０ｂ，１１ｂと溝部５１の−Ｘ側面５１ｄとを交差する電界を効率よく形成できる。すなわち、Ｘ方向で振動腕部１０，１１に効率よく電界を形成できるので、効率よく振動腕部１０，１１をＸ方向に振動させることができる。特に、−Ｙ側のリブ５３の幅を＋Ｙ側のリブ５３の幅よりも広く形成しつつ、溝部５１の幅を振動腕部１０，１１のＹ方向に沿って一定に形成することで、振動腕部１０，１１の−Ｙ側の曲げ剛性を高めつつ、損失の少ない圧電振動片４を形成できる。

（圧電振動子）
次に、上述した製造方法により製造された圧電振動片４を備えたパッケージ９として、圧電振動子１について説明する。
図８は、圧電振動子１の外観斜視図である。
図９は、圧電振動子１の内部構成図であって、リッド基板３を取り外した状態の平面図である。
図１０は、図９のＣ−Ｃ線における断面図である。
図１１は、図８に示す圧電振動子１の分解斜視図である。
なお、図１１においては、図面を見易くするために後述する励振電極１３，１４、引き出し電極１９，２０、マウント電極１６，１７および重り金属膜２１の図示を省略している。
図８に示すように、本実施形態の圧電振動子１は、ベース基板２およびリッド基板３が接合膜３５を介して陽極接合されたパッケージ９と、パッケージ９のキャビティ３ａに収納された圧電振動片４と、を備えた表面実装型の圧電振動子１である。

図１０に示すように、ベース基板２およびリッド基板３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３におけるベース基板２との接合面側には、圧電振動片４を収容するキャビティ３ａが形成されている。

リッド基板３におけるベース基板２との接合面側の全体に、陽極接合用の接合膜３５（接合材）が形成されている。接合膜３５は、キャビティ３ａの内面全体に加えて、キャビティ３ａ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３５は、シリコンにより形成されているが、クロムやアルミニウム等で接合膜３５を形成することも可能である。この接合膜３５とベース基板２とが陽極接合され、キャビティ３ａが真空封止されている。

圧電振動子１は、ベース基板２を厚さ方向に貫通し、キャビティ３ａの内側と圧電振動子１の外側とを導通する貫通電極３２，３３を備えている。そして、貫通電極３２，３３は、ベース基板２を貫通する貫通孔３０，３１内に配置され、圧電振動片４と外部とを電気的に接続する金属ピン７と、貫通孔３０，３１と金属ピン７との間に充填される筒体６と、により形成されている。以下には貫通電極３２を例にして説明するが、貫通電極３３についても同様である。また、貫通電極３３、引き回し電極３７および外部電極３９の電気的接続についても、貫通電極３２、引き回し電極３６および外部電極３８と同様となっている。

貫通孔３０は、ベース基板２の上面Ｕ側から下面Ｌ側にかけて、内形が次第に大きくなるように形成されており、貫通孔３０の中心軸Ｐを含む断面形状がテーパ状となるように形成されている。
金属ピン７は、銀やニッケル合金、アルミニウム等の金属材料により形成された導電性の棒状部材であり、鍛造やプレス加工により成型される。金属ピン７は、線膨張係数がベース基板２のガラス材料と近い金属、例えば、鉄を５８重量パーセント、ニッケルを４２重量パーセント含有する合金（４２アロイ）で形成することが望ましい。
筒体６は、ペースト状のガラスフリットが焼成されたものである。筒体６の中心には、金属ピン７が筒体６を貫通するように配されており、筒体６は、金属ピン７および貫通孔３０に対して強固に固着している。

図１１に示すように、ベース基板２の上面Ｕ側には、一対の引き回し電極３６，３７がパターニングされている。また、これら一対の引き回し電極３６，３７上にそれぞれ金等からなるバンプＢが形成されており、バンプＢを利用して圧電振動片４の一対のマウント電極が実装されている。これにより、圧電振動片４の一方のマウント電極１７（図９参照）が、一方の引き回し電極３６を介して一方の貫通電極３２に導通し、他方のマウント電極１６（図９参照）が、他方の引き回し電極３７を介して他方の貫通電極３３に導通するようになっている。

ベース基板２の下面Ｌには、一対の外部電極３８，３９が形成されている。一対の外部電極３８，３９は、ベース基板２の長手方向の両端部に形成され、一対の貫通電極３２，３３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１を作動させる場合には、ベース基板２に形成された外部電極３８，３９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４の第１の励振電極１３および第２の励振電極１４に電圧を印加できるので、一対の振動腕部１０，１１を接近および離間させるように、Ｘ方向（図１参照）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１０，１１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利用できる。

（効果）
本実施形態によれば、ＣＩ値の上昇や振動漏れを抑制できる圧電振動片４を備えているので、高効率で消費電力の少ない圧電振動子１を提供できる。

（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１２を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器１１０は、図１２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が実装されている。これら電子素子部品１１２、集積回路１１１および圧電振動子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。

このように構成された発振器１１０において、圧電振動子１に電圧を印加すると、圧電振動子１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１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できる。

本実施形態によれば、高効率で消費電力の少ない高性能な発振器１１０を提供できる。

（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１３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およ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、格段に小型化およ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１３に示すように、圧電振動子１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１とを備えている。圧電振動子１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および呼制御メモリ部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および複号化する。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の番号キーおよ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および着信音発生部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できる。

本実施形態によれば、高効率で消費電力の少ない高性能な携帯情報機器１２０を提供できる。

（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１４を参照して説明する。
本実施形態の電波時計１４０は、図１４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。

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および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、ＲＴＣ１４７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１を必要とする。

本実施形態によれば、高効率で消費電力の少ない高性能な電波時計１４０を提供できる。

なお、この発明の技術範囲は上記実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

実施形態では、表面実装型の圧電振動子１に本発明の圧電振動片４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４を採用しても構わない。

実施形態および各変形例では、溝部５１内にリブ５３が１本形成されていたが、リブ５３の本数は１本に限定されることはなく、溝部５１内にリブ５３が複数本形成されていてもよい。

実施形態および各変形例では、振動腕部１０，１１に溝部５１が１本ずつ形成されていたが、溝部５１の本数は１本に限定されることはなく、振動腕部１０，１１に溝部５１が複数本ずつ形成されていてもよい。

実施形態および第２変形例では、溝部５１内に形成されたリブ５３の幅が、＋Ｙ側から−Ｙ側にかけて漸次広くなるように形成されていた。しかし、例えばリブ５３の幅が、＋Ｙ側から−Ｙ側にかけて階段状に広くなるように形成されていてもよい。また、リブ５３の幅が、＋Ｙ側から−Ｙ側にかけて一定に形成されていてもよい。

本実施形態および第１変形例では、溝部５１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５１が階段状に狭くなるように形成されていてもよい。

１・・・圧電振動子 ４・・・圧電振動片 １０，１１・・・振動腕部 １２・・・基部 ５１・・・溝部 ５１ａ・・・−Ｙ側壁面（基端側の壁面） ５１ｂ・・・＋Ｙ側壁面（先端側の壁面） ５３・・・リブ １１０・・・発振器 １２０・・・携帯情報機器（電子機器） １４０・・・電波時計

Claims (7)

1. 幅方向に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、
   前記溝部内には、前記長手方向の基端側および前記長手方向の先端側のいずれか一方の壁面から、前記基端側および前記先端側のいずれか他方に向かって伸びるリブが形成され、
   前記振動腕部の前記基端側における前記リブの幅は、前記振動腕部の前記先端側における前記リブの幅よりも広く形成され、
   前記溝部の幅は、前記長手方向に沿って一定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、
   前記リブは、前記基端側の壁面から前記先端側に向かって伸び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、
   前記溝部の前記幅方向の一方の側面から前記リブの一方の前記幅方向の壁面までの幅は、前記基端側よりも前記先端側の方が広く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に記載の圧電振動片を備えた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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