JP5839919B2 - 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

本発明は、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。

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、その一つとして、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。

音叉型の振動片は、平行に配設された一対の振動腕部と、一対の振動腕部の基端部を支持する基部と、で構成されている。
そして、圧電振動片の表面には電極膜が形成され、この電極膜に電圧が印加されることで、一対の振動腕部を、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ことが可能となっている。

ところで、近年、圧電振動子が搭載される機器の小型化に伴い、圧電振動片の小型化が望まれている。
しかし、例えば振動腕部の幅を狭くすると、振動腕部上に形成される電極膜（励振電極
）の形成幅も小さくなり、その等価直列抵抗値（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ：ＣＩ値）が上昇して出力信号の品質が悪化してしまう。

また、一対の振動腕部が振動する共振周波数Ｆは、
Ｆ＝ｋ（Ｗ／Ｌ２）
で表される（ｋ：係数、Ｗ：振動腕部の幅、Ｌ：振動腕部の長さ）。このため、振動腕部の長さや幅を変化させると、共振周波数Ｆがシフトしてしまう。したがって、圧電振動片の小型化を図るためには、この共振周波数がシフトしないように工夫をしながら行う必要がある。

そこで、振動腕部の幅を小さくする場合には、振動腕部の上下面に溝部を形成することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。溝部を形成した場合には、溝部の両側で、対となる励振電極どうしが対向するので、その対向方向に電界を効率良く作用させることができる。これにより、振動腕部の幅を狭くしても、電界効率を高めることができ、品質を高めながら小型化を図ることが可能とされている。

特開２００９−８１５２０号公報

しかしながら、振動腕部に溝部を形成すると、振動腕部の剛性が低下してしまう。特に、振動腕部の基端部と基部との接続部近傍に溝部が形成されている場合には、振動腕部の十分な強度が得られず、さらにこの部分に応力集中が発生しやすい。そのため、圧電振動片に外部衝撃等が作用すると、振動腕部の基端部と基部との接続部近傍が起点となって破断等が生じやすくなってしまう。
また、同じ振動腕部の幅であれば溝部の幅を大きくすることに比例して電界効率が高まるが、その反面、溝部の幅が大きいほど、振動腕部のねじれ方向や厚さ方向への剛性が低下して変形が生じやすくなる。その結果、所望の振動モードとは別の振動モードで振動が励起されてしまう恐れがあり、これも、出力信号の品質の低下に繋がってしまう。

そこでなされた本発明の目的は、剛性低下を抑制しながら小型化を図ることができると共に、出力信号の品質の低下を防ぐことができる圧電振動片、これを備えた圧電振動子、発振器、電子機器、および電波時計を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明の圧電振動片は、互いに平行に配置された一対の振動腕部と、前記一対の振動腕部の長さ方向における基端部側を一体的に固定する基部と、を備え、前記一対の振動腕部の主面には、前記振動腕部の前記基端部側に位置する第一の溝部と、前記第一の溝部に対して前記振動腕部の先端部側に位置する第二の溝部と、が形成され、前記第一の溝部は、前記振動腕部の主面上において、前記振動腕部の長さ方向に直交する幅方向に沿う幅が前記第二の溝部よりも狭く形成され、前記第二の溝部には、該第二の溝部の底面から突出する補強リブが形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、振動腕部の基端部側に形成されている第一の溝部の幅が、第二の溝部よりも狭く形成されているので、振動腕部の基端部における剛性を高めることができる。これにより、振動腕部の基端部に応力が集中するのを抑えることができる。また、第二の溝部内には補強リブが形成されているので、振動腕部の厚さ方向やねじれ方向における剛性が向上する。
そのため、振動腕部全体の剛性低下を抑制することができ、振動腕部に不要な振動が発生するのを防ぐことができる。したがって、振動腕部の小型化を図りながらも、圧電振動片の破断等を防いで高い信頼性を得ることができると共に、不要な振動（所望の振動モードとは別の振動モードによる振動）の発生を抑えて出力信号の品質低下を抑えることができる。

また、本発明の圧電振動片において、第一の溝部は、第二の溝部よりも振動腕部の長さ方向に沿った長さを短く形成するのが好ましい。

この場合には、振動腕部の基端部における剛性をより高めやすく、振動腕部の基端部に応力が集中するのを抑えることができる。

また、本発明の圧電振動片において、前記第一の溝部と前記第二の溝部とは、区切り壁を挟んで前記振動腕部の長さ方向に沿って形成され、前記区切り壁が、前記振動腕部の幅方向に沿って、前記振動腕部の先端部側から基端部側に向けて傾斜して設けられていることが好ましい。

この場合には、区切り壁が幅方向成分のみに限らず長さ方向成分も有することになるので、振動腕部の厚さ方向の振動に対する補強成分として寄与することになる。従って、振動腕部が厚み方向に振動してしまうことを効果的に抑制でき、不要な振動の発生をさらに抑制しやすい。

また、本発明の圧電振動片において、前記補強リブは、前記第二の溝部における、前記振動腕部の基端部側の一端と前記振動腕部の先端部側の他端との間を結ぶように、第二の溝部内において前記振動腕部の長さ方向に沿って延設されていることが好ましい。
また、本発明の圧電振動片において、前記補強リブは、前記第二の溝部内において、前記振動腕部の長さ方向に沿って間欠的に設けられていることが好ましい。
また、本発明の圧電振動片において、前記補強リブは、前記第二の溝部内において、前記振動腕部の幅方向に該第二の溝部を横架するように、幅方向に沿って延設されていることが好ましい。

この場合には、補強リブによって、振動腕部の厚さ方向やねじれ方向における剛性がさらに向上する。特に、補強リブの設置長さ、設置間隔、設置形態等を変えることで、振動腕部の剛性を適宜調整することができる。

また、本発明の圧電振動子は、上記本発明の圧電振動片を有することを特徴としている。

この構成によれば、上記本発明の圧電振動片を備えているので、高い強度を有しつつ、高い性能を有した圧電振動子を提供することができる。したがって、圧電振動子を小型化しつつも、高い信頼性及び高い振動特性を得ることができる。

また、本発明に係る発振器は、上記本発明の圧電振動子が、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している。
また、本発明に係る電子機器は、上記本発明の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴としている。
また、本発明に係る電波時計は、上記本発明の圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続されていることを特徴としている。

この構成によれば、上記本発明の圧電振動子を備えているので、高い信頼性および高い性能を有した発振器、電子機器、電波時計を提供することができる。

本発明によれば、剛性低下を抑制しながら小型化を図ることができると共に、出力信号の品質の低下を防ぐことができる。

圧電振動片の上面図である。 図１に示す圧電振動片の断面矢視Ａ−Ａ図およびＢ−Ｂ図である。 圧電振動片の第１の変形例を示す図であり、補強リブを第二の溝部の長手方向に間欠的に設けた例を示す図である。 圧電振動片の第２の変形例を示す図であり、第一の溝部と第二の溝部の間の壁部を傾斜させて設けた例を示す図である。 圧電振動片の第３の変形例を示す図であり、第一の溝部の幅を変化させた例を示す図である。 圧電振動片の第４の変形例を示す図であり、補強リブを複数設けた例を示す図である。 圧電振動片の第５の変形例を示す図であり、基部に切欠きを設けた例を示す図である。 圧電振動片の第６の変形例を示す図であり、振動腕部の先端部の幅を拡大した例を示す図である。 圧電振動片の第７の変形例を示す図であり、例を示す図である。基部の幅を段階的に拡大した例を示す図である。 圧電振動片の第８の変形例を示す図であり、基部にサイドアームを設けた例を示す図である。 圧電振動片の第９の変形例を示す図であり、基部に切欠きとサイドアームを設けた例を示す図である。 圧電振動片の第１０の変形例を示す図であり、基部に切欠き、段部、およびサイドアームを設けた例を示す図である。 本発明に係る圧電振動子の一実施形態を示す外観斜視図である。 図１３に示す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で圧電振動片を上方から見た図である。 図１４に示すＣ−Ｃ線に沿った圧電振動子の断面図である。 図１３に示す圧電振動子の分解斜視図である。 本発明に係る発振器の一実施形態を示す構成図である。 本発明に係る電子機器の一実施形態を示す構成図である。 本発明に係る電波時計の一実施形態を示す構成図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る圧電振動片、圧電振動子、発振器、電子機器、および電波時計を実施するための最良の形態を説明する。しかし、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

（圧電振動片）
図１、図２に示すように、圧電振動片１は、水晶、タンタル酸リチウムや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、互いに平行に延びるよう配置された一対の振動腕部１０，１１と、一対の振動腕部１０，１１の基端側を一体的に固定するプレート状の基部１２とを有している。

一対の振動腕部１０，１１には、その外表面上に、一対の振動腕部１０，１１を振動させる図示しない励振電極が形成されている。また、基部１２の外表面には図示しないマウント電極が形成され、図示しない引き回し電極により励振電極と接続されている。
これらの各電極に所定の電圧が印加されると、振動腕部１０，１１の双方の励振電極どうしの相互作用により、振動腕部１０，１１が互いに接近または離間する方向（幅方向）に所定の共振周波数で振動する。

また、本実施形態の圧電振動片１は、一対の振動腕部１０，１１の両主面１０ｃ，１１ｃ上に、振動腕部１０，１１の長さ方向（振動腕部１０，１１の基端部１０ａ、１１ａと先端部１０ｂ、１１ｂとを結ぶ方向）に沿ってそれぞれ形成された溝部（第一の溝部）１８、および溝部（第二の溝部）１９を備えている。これら溝部１８と溝部１９とは、壁部（区切り壁）２５を挟んで振動腕部１０，１１の長さ方向に沿って形成されている。

溝部１８は、振動腕部１０，１１の基端部１０ａ，１１ａと基部１２との接合部の近傍に配置されている。一方、溝部１９は、溝部１８に対し、振動腕部１０，１１の先端部１０ｂ，１１ｂ側に配置され、上記壁部２５を挟んで溝部１８に近接した位置から振動腕部１０，１１の中間部付近まで形成されている。

溝部１８は、その幅（振動腕部１０，１１の主面１０ｃ，１１ｃ上において、振動腕部１０，１１の長さ方向に直交する幅）Ｗ１が、溝部１９の幅Ｗ２よりも狭くなるよう形成されている。これにより、溝部１８の両側の壁部２１，２２の幅Ｔ１が、溝部１９の両側の壁部２３，２４の幅Ｔ２よりも大きくなるように設定されている。これにより、振動腕部１０，１１において溝部１８が形成された基端部１０ａ，１１ａにおける剛性が、溝部１９が形成された領域よりも高く設定されている。

また、溝部１８は、振動腕部１０，１１の長さ方向に沿った長さＬ１が、溝部１９の長さＬ２よりも小さくなるよう形成されている。

溝部１９における幅方向の中間部には、溝部１９の長さ方向における一端１９ａと他端１９ｂとを結ぶ方向に、補強リブ２０が連続的に形成されている。より具体的には、この補強リブ２０は、溝部１９の長さ方向における一端１９ａと他端１９ｂとを結ぶように、該溝部１９内において振動腕部１０，１１の長さ方向に沿って凸条に延設されている。そして、この補強リブ２０は、振動腕部１０，１１の厚さ方向において溝部１９の底面から突出するとともに、溝部１９の両側の壁部２３，２４の高さＨと同じ高さに形成されている。これによって、補強リブ２０の上下端面２０ａは振動腕部１０，１１の主面１０ｃ，１１ｃと面一とされている。

このような補強リブ２０を備えることで、振動腕部１０，１１において溝部１９が形成された部分の剛性は、その厚さ方向（振動腕部１０，１１が互いに隣接する方向に直交する方向：図２（ｂ）中の矢印Ｐ方向）やねじれ方向（振動腕部１０，１１の中心軸周りの方向：図２（ｂ）中の矢印Ｑ方向）において向上し、不要な変形による振動が生じるのを抑えることができる。

（実施形態の効果）
上述したような圧電振動片１においては、振動腕部１０，１１の基端部１０ａ，１１ａに形成された溝部１８が、溝部１８に対して先端部１０ｂ，１１ｂ側に形成された溝部１９よりも、その幅Ｗ１、長さＬ１ともに小さく形成されているので、振動腕部１０，１１の基端部１０ａ，１１ａにおける剛性を高めることができる。これにより、振動腕部１０，１１の基端部１０ａ，１１ａに応力が集中するのを抑えることができ、圧電振動片１に外部衝撃等が作用しても、圧電振動片１の破断等が生じるのを防ぐことができる。

また、振動腕部１０，１１の長さ方向中間部に形成した溝部１９は、補強リブ２０を備えているので、振動腕部１０，１１の厚さ方向Ｐやねじれ方向Ｑにおける剛性が向上する。これによって、溝部１９によって電界効率を高めながらも、振動腕部１０，１１に不要な振動が発生するのを防ぎ、所望の振動モードとは別の振動モードで振動が励起されてしまうのを防いで出力信号の品質の低下を抑えることができる。

なお、上記実施形態では、壁部２５を挟んで溝部１８と溝部１９とを振動腕部１０，１１の長さ方向に沿って形成したが、壁部２５を介在させずに、溝部１８と溝部１９とが連通するように振動腕部１０，１１の長さ方向に沿って形成しても構わない。
この場合であっても、溝部１８の幅Ｗ１を溝部１９の幅Ｗ２よりも小さくし、且つ溝部１９内に補強リブ２０を設けることで、同様の作用効果を奏効することができる。

以下、上記実施形態の変形例を示す。以下の説明においては、上記実施形態と異なる構成を中心に説明を行い、上記実施形態と共通する構成については、図中に同符号を付してその説明を省略する。

（実施形態の第１変形例）
上記実施形態では、溝部１９の一端１９ａと他端１９ｂとを結ぶように、長さ方向に沿って連続して補強リブ２０を形成したが、これに限るものではない。
例えば、図３に示すように、溝部１９の一端１９ａと他端１９ｂとの間で、長さ方向に沿って間欠的に補強リブ２０Ａを配置することもできる。
このような構成によっても、上記実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

これ以外にも、補強リブ２０は、溝部１９の一端１９ａと他端１９ｂとを完全に結ぶ両持ち状の構成ではなく、一端１９ａと他端１９ｂから、それぞれ長さ方向に沿って対向するように片持ち状に延在させても構わない。つまりこの場合、溝部１９の中間部においては補強リブ２０が途切れ、溝部１９が略Ｈ字状をなす構成となる。

また、補強リブ２０，２０Ａは、その高さＨを両側の壁部２３，２４と同じ高さとしたが、壁部２３，２４よりも低く形成することもできる。

さらに、補強リブ２０は、溝部１９の長さ方向に沿って形成する場合に限らず、両側の壁部２３，２４を結ぶ振動腕部１０，１１の幅方向に沿って形成し、溝部１９を幅方向に沿って横架するよう設けても良い。
その場合、溝部１９を横架する補強リブ２０は、長さ方向に沿って間隔をあけて複数設けても構わない。さらに、補強リブ２０を長さ方向および幅方向に沿って交差するように設けても構わない。また、上記実施形態では、補強リブ２０を振動腕部１０，１１と一体的に形成した場合について説明したが、これに限らず、溝部１９内に別体で補強リブを設けても構わない。

（実施形態の第２変形例）
また、溝部１８と溝部１９との間に位置する壁部２５が、上記実施形態では振動腕部１０，１１の幅方向に延びる構成としているが、これに限るものではない。
例えば、図４に示すように、溝部１８と溝部１９との間に位置する壁部（区切り壁）２５Ａを、振動腕部１０，１１の主面１０ｃ，１１ｃ上において、振動腕部１０，１１の幅方向に対して交差する方向に延在させても構わない。本変形例の壁部２５Ａは、幅方向の両側から中心側に向かうに従い振動腕部１０，１１の長さ方向に沿う先端部１０ｂ，１１ｂ側に向けて傾斜している。

このようにすると、壁部２５Ａが幅方向成分のみに限らず長さ方向成分も有することになるので、上記実施形態のように壁部２５を幅方向に沿って延在させる場合に比べて、振動腕部１０，１１の厚さ方向の振動に対する補強成分を有することになる。したがって、本変形例では補強リブ２０に加えて、壁部２５Ａが振動腕部１０，１１の厚さ方向の振動に対する補強要素として有効に寄与するので、振動腕部１０，１１の不要な振動を抑える点で好ましい。
なお、幅方向の両側から内側に向かうに従い振動腕部１０，１１の長さ方向に沿う基端部１０ａ，１１ａ側に向けて傾斜するように、壁部２５Ａを形成しても構わない。

（実施形態の第３変形例）
また、図５に示すように、上記第２変形例と同様の壁部２５Ａに加え、溝部（第一の溝部）１８Ａの幅が、振動腕部１０，１１のうち基端部１０ａ，１１ａ側の端部１８ｂから先端部１０ｂ，１１ｂ側の端部１８ｃに向かうに従い、漸次拡大するテーパ形状となるように形成することもできる。
このようにすると、溝部１８Ａにおいて、振動腕部１０，１１の基端部１０ａ，１１ａ側の端部１８ｂ側においては、その幅を抑えることで振動腕部１０，１１の剛性を確保できる。一方、溝部１８Ａにおいて、先端部１０ｂ，１１ｂ側では、その幅を大きくすることで、電界効率を高め、性能を向上させることができる。

（実施形態の第４変形例）
さらに、図６に示すように、溝部１９には、補強リブ２０を２本設けることもできる。これにより、振動腕部１０，１１の長さ方向中間部において、振動腕部１０，１１の厚さ方向やねじれ方向における剛性をさらに高めることができ、出力信号の品質の低下を、より有効に抑えることができる。さらに、補強リブ２０は、２本以上の複数本設けても構わない。

（実施形態の第５変形例）
ここで、圧電振動片１の小型化を図るためには、基部１２の長さも短くすることが有効であるが、振動漏れ（振動エネルギーの漏洩）が発生してしまうという問題がある。すなわち、基部１２を短くすると、基部１２のうち振動腕部１０，１１との接続部と、図示しないバンプ等を介してマウントされるマウント部分と、の距離が接近してしまう。
すると、振動が基部１２において十分に減衰されずにマウント部分を通じて例えばパッケージ側に漏れてしまい、その結果、共振周波数Ｆがシフトしてしまう。このような現象が振動漏れとされ、この振動漏れが生じると、共振周波数Ｆがシフトする問題に加え、電気信号から機械振動への変換時の損失が大きくなるので、ＣＩ値が上昇し、品質が低下する問題も生じる。

そこで、図７に示すように、基部１２において、振動腕部１０，１１の基端部１０ａ，１１ａとの接続部の近傍に、幅方向の両側面からそれぞれ幅方向の中心に向かって切り欠かれた切欠き部（ノッチ）２６を形成する（いわゆる、ノッチタイプ）ことが好ましい。
これら切欠き部２６は、それぞれ幅方向の外側に向けて開口するとともに、基部１２の厚さ方向に貫通している。したがって、基部１２において、振動腕部１０，１１の基端部１０ａ，１１ａとの接続部の近傍は、他の部分に比べて幅が狭い幅狭部とされたくびれ形状をなしている。
切欠き部２６によって形成された上記幅狭部により、振動腕部１０，１１によって励起された振動が基部１２側に伝わってしまうルートを狭くできるので、該振動を振動腕部１０，１１側に閉じ込めて、基部１２側に漏れてしまうことを抑制しやすい。これにより、振動漏れを効果的に抑制でき、ＣＩ値が上昇するのを抑え、出力信号の品質が低下するのを抑えることができる。

（実施形態の第６変形例）
図８に示すように、振動腕部１０，１１の先端部１０ｂ，１１ｂに、基端部１０ａ、１１ａに比べて幅を拡大したハンマー部１０Ｈ，１１Ｈを形成（いわゆる、ハンマーヘッドタイプ）しても良い。
このハンマー部１０Ｈ，１１Ｈにより、振動腕部１０，１１の先端部１０ｂ，１１ｂをより重くすることができ、振動時における慣性モーメントを増大できる。そのため、振動腕部１０，１１を振動しやすくすることができ、その分、振動腕部１０，１１の長さを短くすることができ、さらなる小型化を図り易い。

（実施形態の第７変形例）
図９に示すように、基部１２を、振動腕部１０，１１の基端部１０ａ，１１ａとの接続部側から、他端部１２ｂ側に向かうに従い、多段に拡大させても構わない。
具体的に、本変形例の基部１２は、接続部側の第１基部２７と、第１基部２７に対して他端部１２ｂ側に連設され、第１基部２７に比べて幅広とされた第２基部２８と、を有している（いわゆる、二段基部タイプ）。また、第１基部２７と振動腕部１０，１１の基端部１０ａ，１１ａとの接続部分、および各基部２７，２８間の接続部分は、長さ方向に沿う接続部側から他端部１２ｂ側に向かうに従い幅が漸次拡大する傾斜面２７ａ、２８ａとなっている。

この構成によれば、幅狭とされた第１基部２７により、振動腕部１０，１１によって励起された振動が第２基部２８側に伝わってしまうルートを狭くできるので、該振動を振動腕部１０，１１側に閉じ込めて、第２基部２８側に漏れてしまうことを抑制しやすい。これにより、振動漏れを効果的に抑制でき、ＣＩ値が上昇するのを抑え、出力信号の品質が低下するのを抑えることができる。
また、振動腕部１０，１１の基端部１０ａ，１１ａとの接続部側と他端部１２ｂ側とを結ぶ長さ方向の長さＬ３を増やすことなく基部１２の体積を増やすことができるうえ、幅広とされた第２基部２８を利用してマウントできるので、マウント性についても向上できる。

（実施形態の第８変形例）
図１０に示すように、基部１２の幅方向両側に、長さ方向に沿って延在する一対のサイドアーム２９を基部１２に一体的に形成しても構わない（いわゆる、サイドアームタイプ）。
具体的に、各サイドアーム２９は、基部１２の他端部１２ｂ側から幅方向の両側に向けてそれぞれ延在するとともに、その外側端部から長さ方向に沿う振動腕部１０，１１側に向けて延在している。すなわち、各サイドアーム２９は、基部１２、および振動腕部１０，１１の基端部１０ａ，１１ａの幅方向両側に位置するとともに、その先端部２９ａが長さ方向における溝部１９の基端部１０ａ，１１ａ側に位置している。
この場合、サイドアーム２９の先端部２９ａをマウント部として機能させることができ、このマウント部を介して例えばパッケージに実装することが可能となる。

このようにすることで、基部１２において、振動腕部１０，１１との接続部と、マウント部（サイドアーム２９の先端部２９ａ）との距離を長く確保することができる。その結果、振動片１の全長を増大させることなく、振動漏れを抑制してＣＩ値が上昇するのを抑え、出力信号の品質が低下するのを抑えることが可能となる。

（実施形態の第９変形例）
さらには、図１１に示すように、図１０に示したサイドアーム２９を備えた構成（サイドアームタイプ）と図７に示した基部１２に切欠き部２６を形成する構成（ノッチタイプ）と、を組み合わせることもできる。
これにより、振動漏れを確実に抑制して、ＣＩ値が上昇するのを抑え、出力信号の品質が低下するのを抑える効果は、一層顕著なものとなる。

（実施形態の第１０変形例）
さらに、図１２に示すように、図１１に示したサイドアーム２９および切欠き部２６を備えた構成に、図９に示した、基部１２に第１基部２７、および第２基部２８を形成した構成（二段基部タイプ）を組み合わせることもできる。
これにより、振動漏れを確実に抑制してＣＩ値が上昇するのを抑え、出力信号の品質が低下するのを抑える効果は、より一層顕著なものとなる。

（圧電振動子）
次に、上記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。ここでは、圧電振動片１として、図１２で示した圧電振動片１を用いた場合を例に挙げて説明する。但し、この場合の圧電振動片１に限定されるものではなく、その他の形態の圧電振動片を用いることも可能である。

図１３〜図１６に示すように、本実施形態の圧電振動子３０は、ベース基板３１とリッド基板３２とが例えば陽極接合や、図示しない接合膜等を介して接合されたパッケージＰと、パッケージＰの内部に形成されたキャビティＣ内に収納された圧電振動片１と、を備えた表面実装型とされている。

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透明の絶縁基板であり、略板状に形成されている。リッド基板３２には、ベース基板３１が接合される接合面側に、圧電振動片１が収まる矩形状の凹部３２ａが形成されている。この凹部３２ａは、ベース基板３１およびリッド基板３２が重ね合わされたときに、圧電振動片１を収容するキャビティＣとなる。

ベース基板３１には、ベース基板３１を厚さ方向に貫通する一対の貫通孔３３，３４が形成されている。この貫通孔３３，３４は、キャビティＣ内に収まる位置に形成されている。より詳しく説明すると、本実施形態の貫通孔３３，３４は、マウントされた圧電振動片１の基部１２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１０，１１の先端側に対応した位置に他方の貫通孔３４が形成されている。

そして、これら一対の貫通孔３３，３４には、これら貫通孔３３，３４を埋めるように形成された一対の貫通電極３５，３６が形成されている。これら貫通電極３５，３６は、例えば貫通孔３３，３４に対して一体的に固定された導電性の芯材であり、両端が平坦で、かつベース基板３１の厚みと略同じ厚さとなるように形成されている。これにより、キャビティＣ内の気密を維持しつつ、ベース基板３１の両面で電気導通性を確保している。

なお、貫通電極３５，３６としては、上記の場合に限定されるものではなく、例えば貫通孔３３，３４に図示しない金属ピンを挿入した後、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しても構わない。更には、貫通孔３３，３４内に埋設された導電性接着剤であっても構わない。

ベース基板３１の上面側（リッド基板３２が接合される接合面側）には、導電性材料により、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、一端側で貫通電極３５を覆うとともに、他端側がベース基板３１の長さ方向の中心部に向けて延在している。また、他方の引き回し電極３９は、一端側で貫通電極３６を覆うとともに、他端側がベース基板３１の長さ方向の中心部に向けて延在している。したがって、各引き回し電極３８，３９の他端側は、ベース基板３１における長さ方向の同じ位置、具体的には圧電振動片１におけるサイドアーム２９の先端部２９に対応する位置に配置されている。

そして、これら一対の引き回し電極３８，３９の他端側にそれぞれ金等からなるバンプＢが形成されている。これらバンプＢに、基部１２のマウント電極が接触した状態で圧電振動片１がマウントされている。これにより、圧電振動片１は、ベース基板３１の上面から浮いた状態で支持されるとともに、引き回し電極３８，３９にそれぞれ電気的に接続された状態となっている。
本実施形態では、サイドアーム２９の先端部２９ａにマウント電極が形成されており、このマウント電極が引き回し電極３８，３９にバンプＢを介して接続されている。

また、ベース基板３１の下面には、図１３，図１５及び図１６に示すように、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る外部電極４０，４１が形成されている。

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の励振電極に電流を流すことができ、一対の振動腕部１０，１１を、互いに接近・離間す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１０，１１の振動を利用して、時刻源、制御信号のタイミング源や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。

上記構成の圧電振動片１によれば、小型化を図った上で、高い強度を確保しつつＣＩ値をさらに低くすることができるので、このような圧電振動片１をキャビティＣ内にマウントした場合に、圧電振動子３０を小型化しつつも、高い信頼性および高い振動特性を得ることができる。

（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１７を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器１００は、図１７に示すように、圧電振動子３０を、集積回路１０１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１００は、コンデンサ等の電子部品１０２が実装された基板１０３を備えている。基板１０３には、発振器用の上述した集積回路１０１が実装されており、この集積回路１０１の近傍に、圧電振動子３０が実装されている。これら電子部品１０２、集積回路１０１および圧電振動子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１００において、圧電振動子３０に電圧を印加すると、この圧電振動子３０内の圧電振動片１が振動する。この振動は、圧電振動片１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１０１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１０１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１０１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。

上述したように、本実施形態の発振器１００によれば、高い強度を有しつつＣＩ値を低く抑制できる、小型化および高性能化された圧電振動子３０を備えているので、高い信頼性および高い性能を有した発振器１００を提供することができる。

（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１８を参照して説明する。なお電子機器として、上述した圧電振動子３０を有する携帯情報機器（電子機器）１１０を例にして説明する。
ここで、本実施形態の携帯情報機器１１０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１１０の構成について説明する。この携帯情報機器１１０は、図１８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１１１とを備えている。電源部１１１は、例えば、リチウム二次電池からなっている。この電源部１１１には、各種制御を行う制御部１１２と、時刻等のカウントを行う計時部１１３と、外部との通信を行う通信部１１４と、各種情報を表示する表示部１１５と、それぞれの機能部の電圧を検出する電圧検出部１１６とが並列に接続されている。そして、電源部１１１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１１２は、各機能部を制御して音声データの送信および受信、現在時刻の計測や表示等、システム全体の動作制御を行う。また、制御部１１２は、予めプログラムが書き込まれたＲＯＭと、この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、この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１１３は、発振回路、レジスタ回路、カウンタ回路および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１が振動し、この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１１２と信号の送受信が行われ、表示部１１５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１１４は、従来の携帯電話と同様の機能を有し、無線部１１７、音声処理部１１８、切替部１１９、増幅部１２０、音声入出力部１２１、電話番号入力部１２２、着信音発生部１２３および呼制御メモリ部１２４を備えている。
無線部１１７は、音声データ等の各種データを、アンテナ１２５を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部１１８は、無線部１１７又は増幅部１２０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１２０は、音声処理部１１８又は音声入出力部１２１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１２１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１２３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１１９は、着信時に限って、音声処理部１１８に接続されている増幅部１２０を着信音発生部１２３に切り替えることによって、着信音発生部１２３において生成された着信音が増幅部１２０を介して音声入出力部１２１に出力される。
なお、呼制御メモリ部１２４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１２２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１１６は、電源部１１１によって制御部１１２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１１２に通知する。このときの所定の電圧値は、通信部１１４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１１６から電圧降下の通知を受けた制御部１１２は、無線部１１７、音声処理部１１８、切替部１１９および着信音発生部１２３の動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部１１７の動作停止は、必須となる。更に、表示部１１５に、通信部１１４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１１６と制御部１１２とによって、通信部１１４の動作を禁止し、その旨を表示部１１５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１１５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１１４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１２６を備えることで、通信部１１４の機能をより確実に停止することができる。

上述したように、本実施形態の携帯情報機器１１０によれば、高い強度を有しつつＣＩ値を低く抑制できる、小型化および高性能化された圧電振動子３０を備えているので、高い信頼性および高い性能を有した携帯情報機器１１０を提供することができる。

（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１９を参照して説明する。
本実施形態の電波時計１３０は、図１９に示すように、フィルタ部１３１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、上述した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１３０の機能的構成について詳細に説明する。
アンテナ１３２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１３３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１３１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、上述した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１３８、１３９をそれぞれ備えている。

さらに、濾波された所定周波数の信号は、検波、整流回路１３４により検波復調される。
続いて、波形整形回路１３５を介してタイムコードが取り出され、ＣＰＵ１３６でカウントされる。ＣＰＵ１３６では、現在の年、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、ＲＴＣ１３７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１３８、１３９は、上述した音叉型の構造を持つ振動子が好適である。

なお、上述の説明は、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１３０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。

上述したように、本実施形態の電波時計１３０によれば、高い強度を有しつつＣＩ値を低く抑制できる、小型化および高性能化された圧電振動子３０を備えているので、高い信頼性および高い性能を有した電波時計１３０を提供することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこれら実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上述した実施形態では、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、シリンダ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を採用しても良い。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。

１…圧電振動片、１０，１１…振動腕部、１０ａ、１１ａ…基端部、１０ｂ、１１ｂ…先端部、１２…基部、１８、１８Ａ…溝部（第一の溝部）、１９…溝部（第二の溝部）、１９ａ…一端、１９ｂ…他端、２０…補強リブ、２１…壁部、２６…切欠き部、２７、２８…段部、２９…サイドアーム、３０…圧電振動子、３１…ベース基板、３２…リッド基板、１００…発振器、１０１…集積回路、１１０…携帯情報機器（電子機器）、１１３…計時部、１３０…電波時計、１３１…フィルタ部、Ｂ…バンプ、Ｃ…キャビティ

Claims (11)

1. 互いに平行に配置された一対の振動腕部と、
   前記一対の振動腕部の長さ方向における基端部側を一体的に固定する基部と、を備え、
   前記一対の振動腕部の主面には、
   前記振動腕部の前記基端部側に位置する第一の溝部と、
   前記第一の溝部に対して前記振動腕部の先端部側に位置する第二の溝部と、が形成され、
   前記第一の溝部は、前記振動腕部の主面上において、前記振動腕部の長さ方向に直交する幅方向に沿う幅が前記第二の溝部よりも狭く形成され、 前記第二の溝部には、該第二の溝部の底面から突出する補強リブが形成され、
   前記第一の溝部と前記第二の溝部とは、区切り壁を挟んで前記振動腕部の長さ方向に沿って形成され、
   前記第一の溝部の両側の壁部は、前記第二の溝部の両側の壁部より、前記振動腕部の幅方向において大きいことを特徴とする圧電振動片。
2. 前記第一の溝部は、前記第二の溝部よりも前記振動腕部の長さ方向に沿った長さが短く形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動片。
3. 前記区切り壁が、前記振動腕部の幅方向に沿って、前記振動腕部の先端部側から基端部側に向けて傾斜して設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電振動片。
4. 前記補強リブは、前記第二の溝部における、前記振動腕部の基端部側の一端と前記振動腕部の先端部側の他端との間を結ぶように、第二の溝部内において前記振動腕部の長さ方向に沿って延設されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の圧電振動片。
5. 前記補強リブは、前記第二の溝部内において、前記振動腕部の長さ方向に沿って間欠的に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の圧電振動片。
6. 前記補強リブは、前記第二の溝部内において、前記振動腕部の幅方向に該第二の溝部を横架するように、幅方向に沿って延設されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の圧電振動片。
7. 請求項１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。
8. 請求項７に記載の前記圧電振動子が、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。
9. 請求項７に記載の前記圧電振動子が、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。
10. 請求項７に記載の前記圧電振動子が、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。
11. 互いに平行に配置された一対の振動腕部と、
    前記一対の振動腕部の長さ方向における基端部側を一体的に固定する基部と、を備え、
    前記一対の振動腕部の主面には、
    前記振動腕部の前記基端部側に位置する第一の溝部と、
    前記第一の溝部に対して前記振動腕部の先端部側に位置する第二の溝部と、が形成され、
    前記第一の溝部は、前記振動腕部の主面上において、前記振動腕部の長さ方向に直交する幅方向に沿う幅が前記第二の溝部よりも狭く形成され、
    前記第二の溝部には、該第二の溝部の底面から突出する補強リブが形成され、
    前記第一の溝部と前記第二の溝部とは、区切り壁を挟んで前記振動腕部の長さ方向に沿って形成され、
    前記区切り壁が、前記振動腕部の幅方向に沿って、前記振動腕部の先端部側から基端部側に向けて傾斜して設けられていることを特徴とする圧電振動片。

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