JP6080486B2 - 圧電振動片、圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計 - Google Patents

Description

本発明は、圧電振動片、圧電振動子、発振器、電子機器及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、時刻源や制御信号等のタイミング源、リファレンス信号源等に用いられるデバイスとして、水晶等を利用した圧電振動子が知られている。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つとして音叉型の圧電振動片を備える圧電振動子が知られている。

音叉型の圧電振動片は、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、を備えている。圧電振動片の外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、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されている。

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、例えば振動腕部の腕幅を狭くすると、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。

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、振動腕部の長さや腕幅を変化させると、共振周波数Ｆがシフトして振動特性が変化してしまう。従って、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、振動腕部の腕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。）。
このように溝部を形成することで、溝部の側面で、対となる励振電極同士が対向する関係となるので、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、振動腕部の腕幅を狭くしても、電界効率を高めることができ、共振周波数を維持し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

上述したように、振動腕部に溝部を形成することは、電界効率を高めてＣＩ値を低下させることに有効である。特に、振動腕部に対して溝部を大きく形成するほど、ＣＩ値を効果的に低下させることが可能となる。
しかしながら、その反面、溝部を形成した場合には振動腕部の剛性が低下してしまう。特に、溝部の溝幅を大きくすると、相対的に振動腕部の剛性が低下してしまう。そのため、例えば圧電振動片に外部衝撃等が作用すると、振動腕部の変形や破断等が生じる可能性があった。また、振動腕部の基端部と基部との接続部近傍に溝部を形成した場合には、ＣＩ値の低下に効果的であると考えられるが、その一方振動腕部の変形や破断等が生じ易くなってしまう。

本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、振動腕部の剛性低下を抑制しながらＣＩ値を低下させることができ、振動特性及び耐衝撃性に優れた小型化可能な圧電振動片を提供することである。
また、この圧電振動片を具備する圧電振動子、該圧電振動子を有する発振器、電子機器、電波時計を提供することである。

本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
（１）本発明に係る圧電振動片は、中心軸を挟んで互いに平行に配設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を一体的に片持ち支持する基部と、を備え、前記一対の振動腕部の主面には、前記振動腕部の長さ方向における先端部側に配設され、該振動腕部の長さ方向及び厚み方向に直交する幅方向に沿った溝幅がＷ１とされた第１溝部と、前記第１溝部よりも前記基端部側に配設され、前記幅方向に沿った溝幅がＷ２とされた第２溝部と、が形成され、（前記第２溝部の溝幅Ｗ２／前記第１溝部の溝幅Ｗ１）が、０．４以上、１．０未満とされ、前記第１溝部は、前記第２溝部に対して間隔をあけて配置されていることを特徴とする。

本発明に係る圧電振動片によれば、一対の振動腕部のそれぞれに、第１溝部及び第２溝部が形成されているので、振動腕部の外表面上に形成される励振電極を各溝部の側面で対向させることができ、電界効率を高めてＣＩ値を低下させることが可能である。よって、振動特性を維持しながら振動腕部の腕幅を狭くする等の小型化を図ることができる。
特に、振動腕部の基端部側に位置する第２溝部の溝幅Ｗ２が、第１溝部の溝幅Ｗ１よりも狭く形成されており、（第２溝部の溝幅Ｗ２／第１溝部の溝幅Ｗ１）が、０．４以上、１．０未満となる溝幅比とされている。従って、応力が集中し易い、振動腕部の基端部における剛性低下を抑制でき、振動腕部全体の剛性低下を抑制することができる。

その結果、振動腕部の剛性低下を抑制しながらＣＩ値を低下させることができ、振動特性及び耐衝撃性に優れた小型化可能な圧電振動片とすることができる。特に、振動腕部の基端部における剛性低下が抑制されるので、振動漏れ等も抑えることもできる。
なお、（第２溝部の溝幅Ｗ２／第１溝部の溝幅Ｗ１）が０．４未満の場合には、第２溝部を精度良く形成することが困難になるうえ、該第２溝部における電界効率が低下してＣＩ値の上昇に繋がる恐れがある。

（２）上記本発明に係る圧電振動片において、前記第２溝部における前記基端部側に位置する部分から、前記第１溝部における前記先端部側に位置する部分までの前記長さ方向に沿った長さＬ０に対して、前記第２溝部における前記長さ方向に沿った溝長さＬ２が、以下の関係とされていることが好ましい。
（前記第２溝部の溝長さＬ２／前記長さＬ０）が、０．０４以上、０．３以下。

この場合には、（第２溝部の溝長さＬ２／長さＬ０）が０．０４以上、０．３以下とされているので、溝幅が狭い第２溝部よりも、溝幅が大きい第１溝部の溝長さを長くすることができる。従って、溝幅の大きい第１溝部を、ＣＩ値の低下により貢献させることができ、確実なＣＩ値の低下を図ることができる。
なお、（第２溝部の溝長さＬ２／長さＬ０）が０．０４未満の場合には、第２溝部が短すぎてＣＩ値の低下に貢献し難くなり、ＣＩ値の上昇に繋がる恐れがある。また、これとは逆に、（第２溝部の溝長さＬ２／長さＬ０）が０．３を超える場合には、ＣＩ値の低下に有効に貢献する溝幅の大きい第１溝部が短くなるので、やはりＣＩ値の上昇に繋がる恐れがある。

（３）上記本発明に係る圧電振動片において、前記第２溝部は、前記中心軸に対して線対称に配設されていることが好ましい。

この場合には、第２溝部が一対の振動腕部の間に位置する中心軸（即ち、圧電振動片の幅方向における中心軸）に対して線対称となるように、一対の振動腕部にそれぞれ形成されているので、一対の振動腕部を互いに接近、離間する方向にバランス良く振動させることができる。従って、ＣＩ値の上昇や振動漏れ等を抑制でき、振動特性をさらに向上できる。

（４）上記本発明に係る圧電振動片において、前記第２溝部は、前記一対の振動腕部の基端部に位置する股部に残留したエッチング残りを前記幅方向に二分し、且つ前記長さ方向に延びる仮想中心軸に対して線対称に配設されていることが好ましい。

この場合には、第２溝部がエッチング残りを考慮した仮想中心軸に対して線対称となるように、一対の振動腕部にそれぞれ形成されているので、一対の振動腕部を互いに接近、離間する方向にバランス良く振動させることができるうえ、さらに振動腕部における基端部付近での破断を効果的に防止できる。
即ち、振動腕部の股部には、エッチング加工時におけるエッチング異方性の影響によってエッチング残りが生じてしまう。しかも、一方の振動腕部側に片寄った状態で生じる。そのため、エッチング残りが片寄った側の振動腕部は、外部衝撃等が作用した場合にこのエッチング残りを起点として亀裂等が入り易い状態となる。

しかしながら、第２溝部を仮想中心軸に対して線対称に形成することで、第２溝部がエッチング残りの近傍に形成されてしまうことを防止でき、上記亀裂を生じ難くさせることができる。従って、上述したように、一対の振動腕部を互いに接近、離間する方向にバランス良く振動させることができるうえ、さらに振動腕部における基端部付近での破断を効果的に防止できる。

（５）本発明に係る圧電振動子は、上記本発明に係る圧電振動片と、互いに接合されたベース基板とリッド基板とを有し、両基板の間に形成されたキャビティ内に前記圧電振動片を収容するパッケージと、を備えていることを特徴とする。

本発明に係る圧電振動子によれば、振動特性及び耐衝撃性に優れた小型化可能な圧電振動片を備えているので、作動の信頼性及び耐久性が向上した、高品質で小型化が可能な圧電振動子とすることができる。

（６）本発明に係る発振器は、上記本発明に係る圧電振動子が、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。
（７）本発明に係る電子機器は、上記本発明に係る圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とする。
（８本発明に係る電波時計は、上記本発明に係る圧電振動子が、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。

本発明に係る発振器、電子機器及び電波時計によれば、上記圧電振動子を備えているので、同様に作動の信頼性及び耐久性を向上できるうえ、小型化を図ることができる。

本発明によれば、振動腕部の剛性低下を抑制しながらＣＩ値を低下させることができ、振動特性及び耐衝撃性に優れた小型化可能な圧電振動片を得ることができる。

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１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２に示すＡ−Ａ線に沿った圧電振動子の断面図である。 図１に示す圧電振動子の分解斜視図である。 図１に示す圧電振動子を構成する圧電振動片の上面図である。 図５に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 圧電振動片の変形例を示す図であり、第２溝部が振動腕部の幅方向外側にオフセット配置された例を示す図である。 圧電振動片の変形例を示す図であり、第２溝部がエッチング残りを考慮した仮想中心軸に対して線対称となる位置に配置された例を示す図である。 圧電振動片の変形例を示す図であり、基部に切欠部を設けた例を示す図である。 圧電振動片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。 圧電振動片の変形例を示す図であり、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。 圧電振動片の変形例を示す図であり、基部に切欠部及びサイドアームを設けた例を示す図である。 圧電振動片の変形例を示す図であり、基部に切欠部、段部及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。 本発明に係る圧電振動片の実施例に対応した解析結果を示す図であって、（ａ）は（第２溝部の溝幅Ｗ２／第１溝部の溝幅Ｗ１）と、周波数変化との関係を示す図であり、（ｂ）は（第２溝部の溝幅Ｗ２／第１溝部の溝幅Ｗ１）と、ＣＩ値変化との関係を示す図であり、（ｃ）は（第２溝部の溝幅Ｗ２／第１溝部の溝幅Ｗ１）と、ＣＩ値との関係を示す図である。 本発明に係る圧電振動片の実施例に対応した別の解析結果を示す図であって、（ａ）は（第２溝部の溝幅Ｗ２／第１溝部の溝幅Ｗ１）と、周波数変化との関係を示す図であり、（ｂ）は（第２溝部の溝幅Ｗ２／第１溝部の溝幅Ｗ１）と、ＣＩ値変化との関係を示す図であり、（ｃ）は（第２溝部の溝幅Ｗ２／第１溝部の溝幅Ｗ１）と、ＣＩ値との関係を示す図である。 本発明に係る圧電振動片の実施例に対応したさらに別の解析結果を示す図であって、（ａ）は（第２溝部の溝幅Ｗ２／第１溝部の溝幅Ｗ１）と、周波数変化との関係を示す図であり、（ｂ）は（第２溝部の溝幅Ｗ２／第１溝部の溝幅Ｗ１）と、ＣＩ値変化との関係を示す図であり、（ｃ）は（第２溝部の溝幅Ｗ２／第１溝部の溝幅Ｗ１）と、ＣＩ値との関係を示す図である。 本発明に係る圧電振動片の実施例に対応した図であって、（ａ）は第２溝部が振動腕部の幅方向の中央に形成されている図であり、（ｂ）は第２溝部が振動腕部の幅方向の中央から幅方向外側にオフセットした位置に形成されている図であり、（ｃ）は第２溝部が振動腕部の幅方向の中央から幅方向内側にオフセットした位置に形成されている図である。 図２１に示す圧電振動片の解析結果を示す図であり、（ａ）はオフセット量とＣＩ値との関係を示す図であり、（ｂ）はオフセット量と周波数変化との関係を示す図であり、（ｃ）はオフセット量とＣＩ値変化との関係を示す図である。

以下、本発明に係る圧電振動片及び圧電振動子の実施形態について、図面を参照して説明する。
（圧電振動子の構成）
図１〜図４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とリッド基板３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４と、パッケージ４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５と、を備えた表面実装型の振動子とされている。

ベース基板２及びリッド基板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３には、ベース基板２が接合される接合面側に、圧電振動片５が収まる矩形状の凹部３ａが形成されている。この凹部３ａは、ベース基板２及びリッド基板３が重ね合わされたときに、圧電振動片５を収容するキャビティＣとなる。

ベース基板２には、該ベース基板２を厚さ方向に貫通する一対の貫通孔１０、１１が形成されている。この貫通孔１０、１１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１０、１１は、マウントされた圧電振動片５の基部２２側に対応した位置に一方の貫通孔１０が形成され、振動腕部２０、２１の先端部側に対応した位置に他方の貫通孔１１が形成されている。

そして、これら一対の貫通孔１０、１１には、これら貫通孔１０、１１を埋めるように形成された一対の貫通電極１２、１３が形成されている。これら貫通電極１２、１３は、例えば貫通孔１０、１１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、且つベース基板２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２の両面で電気導通性を確保している。

なお、貫通電極１２、１３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１０、１１に図示しない金属ピンを挿入した後、貫通孔１０、１１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１０、１１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２の上面側（リッド基板３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１４、１５がパターニングされている。一対の引き回し電極１４、１５のうち、一方の引き回し電極１４は、貫通電極１２を覆うように設けられている。一対の引き回し電極１４、１５のうち、他方の引き回し電極１５は、一端側で貫通電極１３を覆うと共に、他端側がベース基板２の長さ方向に延び、一方の引き回し電極１４に隣接した位置に配置されている。

上記一対の引き回し電極１４、１５の上面には、それぞれ金等からなるバンプＢ（図４参照）が形成されている。そして、これらバンプＢに、基部２２に形成された図示しないマウント電極が接触した状態で圧電振動片５がマウントされている。これにより、圧電振動片５は、ベース基板２の上面から浮いた状態で支持されると共に、引き回し電極１４、１５にそれぞれ電気的に接続された状態となっている。

また、ベース基板２の下面には、一対の貫通電極１２、１３に対してそれぞれ電気的に接続される外部電極１６、１７が形成されている。

（圧電振動片）
上記圧電振動片５は、図５に示すように、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、互いに平行に配設され、先端部が自由端とされた一対の振動腕部２０、２１と、該一対の振動腕部２０、２１の基端部側（付け根側）を一体的に片持ち支持する基部２２と、を備えている。

なお、本実施形態では、図４及び図５に示すように、振動腕部２０、２１の基端部と先端部とを結ぶ方向を長さ方向Ｍ１、該長さ方向Ｍ１及び圧電振動片５の厚み方向Ｍ２に直交する方向を幅方向Ｍ３とする。

図５に示すように、一対の振動腕部２０、２１は、中心軸Ｏ１を挟んで線対称に配置され、幅方向Ｍ３に一定の腕幅を有し、且つ中心軸Ｏ１に沿って延在している。基部２２は、上記したように一対の振動腕部２０、２１の基端部側を片持ち支持する部材であると共に、圧電振動片５を実装する際のマウント部材として機能する。一対の振動腕部２０、２１の基端部間に位置する部分は股部２３とされている。
図示の例では、股部２３は所定の曲率で湾曲しており、それにより厚み方向Ｍ２の平面視でＵ字状に形成された理想的な状態とされている場合を図示している。

一対の振動腕部２０、２１には、その外表面上に、これら一対の振動腕部２０、２１を振動させる励振電極２５、２６（図６参照）が形成されている。また、基部２２の外表面上には、図示しないマウント電極が励振電極２５、２６に導通した状態で形成されている。そして、マウント電極を介して励振電極２５、２６に所定の電圧が印加されると、励振電極２５、２６同士の相互作用により一対の振動腕部２０、２１が互いに接近、離間する方向（幅方向Ｍ３）に所定の共振周波数で振動する。

更に、一対の振動腕部２０、２１の両主面には、振動腕部２０、２１の長さ方向Ｍ１に沿って第１溝部２８及び第２溝部２９がそれぞれ形成されている。
第２溝部２９は、振動腕部２０、２１の基端部と基部２２との接合部近傍に配置されている。より具体的には、第２溝部２９における基端部側に位置する部分が、振動腕部２０、２１の基端部と基部２２との接合部に位置し、股部２３の最奥部と幅方向Ｍ３に並ぶように形成されている。
第１溝部２８は、上記第２溝部２９に対して間隔Ｄをあけて、該第２溝部２９よりも振動腕部２０、２１の先端部側に配置され、振動腕部２０、２１の長さ方向Ｍ１の中間部付近まで形成されている。

また、２つの第１溝部２８及び第２溝部２９は、各振動腕部２０、２１における幅方向Ｍ３の中央に形成されている。そのため、一方の振動腕部２０に形成された第１溝部２８及び第２溝部２９と、他方の振動腕部２１に形成された第１溝部２８及び第２溝部２９と、は、中心軸Ｏ１に対して線対称に配置されている。

ところで、第１溝部２８及び第２溝部２９を比較すると、振動腕部２０、２１の基端部側に位置する第２溝部２９の溝幅（幅方向Ｍ３に沿った長さ）Ｗ２の方が、第１溝部２８の溝幅Ｗ１よりも狭くなるように形成されている。具体的には、（溝幅Ｗ２／溝幅Ｗ１）が、０．４以上、１．０未満となる溝幅比に形成されている。

更に、第２溝部２９の溝長さ（長さ方向Ｍ１に沿った長さ）Ｌ２の方が、第１溝部２８の溝長さＬ１よりも小さくなるように形成されている。具体的には、溝長さＬ１と上記間隔Ｄと溝長さＬ２と、を加えた長さを長さＬ０とすると、
（溝長さＬ２／長さＬ０）が、０．０４以上、０．３以下となるように形成されている。なお、間隔Ｄは、数μｍ〜十数μｍ程度の隙間である。

上記条件を満たす圧電振動片５のサイズの一例としては、例えば、振動腕部２０、２１の全長が１．５ｍｍ〜２．０ｍｍ、腕幅が１００μｍ〜１２０μｍ、第１溝部２８の溝幅Ｗ１が８０μｍ〜９０μｍ、第１溝部２８の溝長さＬ１が７５０μｍ〜８００μｍ、第２溝部２９の溝幅Ｗ２が３５μｍ〜７５μｍ、第２溝部２９の溝長さＬ２が５０μｍ〜１００μｍ、長さＬ０が８００μｍ〜９００μｍである。

このように、本実施形態の圧電振動片５では、振動腕部２０、２１の基端部側に位置する第２溝部２９よりも、先端部側に位置する第１溝部２８の方が、溝幅が大きく、且つ溝長さが長く形成されている。そのため、この第１溝部２８の方が第２溝部２９よりも、電界効率の向上化、即ち、ＣＩ値の低下に有効に貢献する。

なお、励振電極２５、２６は、図６に示すようにパターニングされた状態で第１溝部２８及び第２溝部２９の側面に形成されている。即ち、一方の励振電極２５が、一方の振動腕部２０の第１溝部２８上と、他方の振動腕部２１の両側面上とに主に形成され、他方の励振電極２６が、一方の振動腕部２０の両側面上と他方の振動腕部２１の第１溝部２８上とに主に形成されている。
なお、第１溝部２８を例に挙げて図示したが、第２溝部２９の場合も同様である。

（圧電振動子の作用）
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１６、１７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５の励振電極２５、２６に電流を流すことができ、一対の振動腕部２０、２１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２０、２１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１を利用することができる。

そして、本実施形態の圧電振動片５によれば、一対の振動腕部２０、２１のそれぞれに、２つの溝部、即ち第１溝部２８及び第２溝部２９が形成されているので、図６に示すように、振動腕部２０、２１の外表面上に形成される励振電極２５、２６を第１溝部２８及び第２溝部２９の側面で対向させることができ、電界効率を高めてＣＩ値を低下させることが可能である。よって、振動特性を維持しながら振動腕部２０、２１の腕幅を狭くする等の小型化を図ることができる。

特に、図５に示すように、振動腕部２０、２１の基端部側に位置する第２溝部２９の溝幅Ｗ２が、第１溝部２８の溝幅Ｗ１よりも狭く形成されており、（溝幅Ｗ２／溝幅Ｗ１）が０．０４以上、１．０未満となる溝幅比とされている。従って、応力が集中し易い、振動腕部２０、２１の基端部における剛性低下を抑制でき、振動腕部２０、２１全体の剛性低下を抑制することができる。

その結果、振動腕部２０、２１の剛性低下を抑制しながらＣＩ値を低下させることができ、振動特性及び耐衝撃性に優れた小型化可能な圧電振動片５とすることができる。特に、振動腕部２０、２１の基端部における剛性低下が抑制されるので、振動漏れ等も抑えることができる。
また、（第２溝部２９の溝長さＬ２／長さＬ０）が０．０４以上、０．３以下とされているので、溝幅が狭い第２溝部２９よりも溝幅が大きい第１溝部２８の溝長さを長くすることができる。従って、溝幅の大きい第１溝部２８を、ＣＩ値の低下により貢献させることができ、確実なＣＩ値の低下を図ることができる。

更に、第２溝部２９が一対の振動腕部２０、２１の間に位置する中心軸Ｏ１に対して線対称となるように、一対の振動腕部２０、２１にそれぞれ形成されているので、一対の振動腕部２０、２１を互いに接近、離間する方向にバランス良く振動させることができる。従って、ＣＩ値の上昇や振動漏れ等を抑制でき、振動特性をさらに向上できる。

なお、（第２溝部２９の溝幅Ｗ２／第１溝部２８の溝幅Ｗ１）が０．４未満の場合には、第２溝部２９を精度良く形成することが困難になるうえ、該第２溝部２９における電界効率が低下してＣＩ値の上昇に繋がる恐れがある。
また、（第２溝部２９の溝長さＬ２／長さＬ０）が０．０４未満の場合には、第２溝部２９が短すぎてＣＩ値の低下に貢献し難くなり、ＣＩ値の上昇に繋がる恐れがある。また、これとは逆に、（第２溝部２９の溝長さＬ２／長さＬ０）が０．３を超える場合には、ＣＩ値の低下に有効に貢献する溝幅の大きい第１溝部２８が短くなるので、やはりＣＩ値の上昇に繋がる恐れがある。

また、本実施形態の圧電振動子１によれば、振動特性及び耐衝撃性に優れた小型化可能な圧電振動片５を備えているので、作動の信頼性及び耐久性が向上した高品質な圧電振動子１とすることができる。

（変形例）
上記実施形態では、第２溝部２９を中心軸Ｏ１に対して線対称に配置したが、この場合に限定されるものではなく、非対称であっても構わない。但し、線対称に配置することで、一方の振動腕部２０における基端部の剛性と、他方の振動腕部２１における基端部の剛性と、を均一にでき、一対の振動腕部２０、２１をバランス良く振動させることが可能になるので、より好ましい。

また、第２溝部２９を中心軸Ｏ１に対して線対称に配置する場合、上記実施形態では、第２溝部２９を各振動腕部２０、２１の幅方向Ｍ３の中央に配置したが、この場合に限定されるものではなく、例えば、図７に示すように第２溝部２９をそれぞれ幅方向Ｍ３の中央から、幅方向Ｍ３の外側に同量オフセットした位置に配置しても構わない。この場合であっても、同様に一対の振動腕部２０、２１をバランス良く振動させることができる。
なお、第２溝部２９をそれぞれ幅方向Ｍ３の内側に同量オフセットした位置に配置しても同様である。

また、上記実施形態において、圧電振動片５の股部２３に加工上どうしても形成されてしまうエッチング残りを考慮して、第２溝部２９を配置しても良い。
上記圧電振動片５は、一般的に水晶等のウエハをウェットエッチング加工することで外形形成されるが、その際、結晶軸方向によってエッチング速度が異なるいわゆるエッチング異方性が現れてしまう。通常、水晶結晶軸のＺ軸が圧電振動片５の厚み方向Ｍ２に一致し、Ｙ軸が圧電振動片５の長さ方向Ｍ１に一致し、Ｘ軸が圧電振動片５の幅方向Ｍ３に一致するように、ウエハを水晶原石からカットしているため、上記エッチング異方性により股部２３にエッチング残りが発生してしまう。しかも、一方の振動腕部２０（２１）側に片寄った状態でエッチング残りが生じてしまう。そのため、エッチング残りが片寄った側の振動腕部２０（２１）は、外部衝撃等が作用した場合に、このエッチング残りを起点として亀裂等が入り易い状態となってしまう。

そこで、図８に示すように、エッチング残りＥを幅方向Ｍ３に二分（エッチング残りＥの体積を幅方向Ｍ３に二分）し、且つ長さ方向Ｍ１に延びる仮想中心軸Ｏ２に対して線対称となるように、第２溝部２９を配置しても良い。
このようにすることで、第２溝部２９がエッチング残りＥの近傍に形成されてしまうことを防止でき、上記亀裂を生じ難くなせることができる。従って、一対の振動腕部２０、２１をバランス良く振動させることができることに加え、さらに振動腕部２０、２１における基端部付近での破断を効果的に防止できる。
なお、図８ではエッチング残りＥを誇張して図示している。

また、圧電振動片５の外形形状は、上記実施形態の形状に限定されるものではなく、適宜変更して構わない。
例えば、図９に示すように、基部２２において、振動腕部２０、２１の基端部との接続部の近傍に、幅方向Ｍ３の両側面からそれぞれ幅方向Ｍ３の中心に向かって切欠部３０（ノッチ）を形成した、いわゆるノッチタイプの圧電振動片５としても良い。

上記切欠部３０は、それぞれ幅方向Ｍ３の外側に向けて開口すると共に、基部２２の厚み方向Ｍ２に貫通している。従って、基部２２において、振動腕部２０、２１の基端部との接続部の近傍は、他の部分に比べて幅が狭い幅狭部３１とされたくびれ形状をなしている。この切欠部３０によって形成された幅狭部３１により、振動腕部２０、２１によって励起された振動が基部２２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２０、２１側に閉じ込めて、基部２２側に漏れてしまうことを抑制し易い。これにより、振動漏れを効果的に抑制でき、ＣＩ値が上昇することを効果的に抑えることができる。

更に、図１０に示すように、振動腕部２０、２１の先端部に基端部に比べて幅を拡大したハンマー部３２を形成した、いわゆるハンマーヘッドタイプの圧電振動片５としても良い。
このハンマー部３２により、振動腕部２０、２１の先端部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２０、２１を振動し易くすることができ、その分、振動腕部２０、２１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。

更に、図１１に示すように、基部２２を、振動腕部２０、２１の基端部との接続部側から、他端部側に向かうに従い、多段に拡大させても構わない。
具体的には、基部２２は、上記接続部側の第１基部２２ａと、第１基部２２ａに対して他端部側に連設され、第１基部２２ａに比べて幅広とされた第２基部２２ｂと、を有している（いわゆる、二段基部タイプ）。
なお、第１基部２２ａと振動腕部２０、２１の基端部との接続部分、及び第１基部２２ａと第２基部２２ｂとの接続部分は、長さ方向Ｍ１に沿う接続部側から他端部側に向かうに従い幅が漸次拡大する傾斜面となっている。

このようにすることで、幅狭とされた第１基部２２ａより、振動腕部２０、２１によって励起された振動が第２基部２２ｂ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２０、２１側に閉じ込めて、第２基部２２ｂ側に漏れてしまうことを抑制し易い。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ることができる。基部２２全体の長さを変えることなく体積を増やすことができるうえ、幅広とされた第２基部２２ｂ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。

更に、図１２に示すように、基部２２の幅方向Ｍ３両側に、長さ方向Ｍ１に沿って延在する一対のサイドアーム３３を基部２２に一体的に形成した、いわゆるサイドアームタイプの圧電振動片５としても構わない。
具体的に、各サイドアーム３３は、基部２２の他端部側から幅方向Ｍ３の両側に向けてそれぞれ延在すると共に、その外側端部から長さ方向Ｍ１に沿う振動腕部２０、２１側に向けて延在している。即ち、サイドアーム３３は、基部２２、及び振動腕部２０、２１の基端部の幅方向Ｍ３両側に位置すると共に、その先端部が第１溝部２８の側方に位置している。
この場合、サイドアーム３３の先端部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４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２２において、振動腕部２０、２１との接続部と、マウント部（サイドアーム３３の先端部）との距離を長く確保することができるので、圧電振動片５の全長を増大させることなく、振動漏れを抑制してＣＩ値が上昇することを抑えることができる。

更に、図１３に示すように、図１２に示したサイドアーム３３を備えた構成（サイドアームタイプ）と、図９に示した基部２２に切欠部３０を形成する構成（ノッチタイプ）と、を組み合わせることも可能である。
更には、図１４に示すように、図１３に示したサイドアーム３３及び切欠部３０を備えた構成に、図１１に示した第１基部２２ａ及び第２基部２２ｂで基部２２を形成する構成（二段基部タイプ）を組み合わせることも可能である。

（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１５を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器１００は、図１５に示すように、圧電振動子１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１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１００において、圧電振動子１に電圧を印加すると、この圧電振動子１内の圧電振動片５が振動する。この振動は、圧電振動片５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１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、上述した圧電振動子１を備えているので、同様に作動の信頼性及び耐久性が向上した発振器１００とすることができる。

（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１６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１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１６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５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、上述した圧電振動子１を備えているので、同様に作動の信頼性及び耐久性が向上した携帯情報機器１１０とすることができる。

（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１７を参照して説明する。
本実施形態の電波時計１３０は、図１７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、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１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１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１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、上述した圧電振動子１を備えているので、同様に作動の信頼性及び耐久性が向上した電波時計１３０とすることができる。

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１に本発明の圧電振動片５を採用しているが、これに限らず、例えば、セラミックパッケージタイプの圧電振動子や、シリンダパッケージタイプの圧電振動子を、さらにモールド樹脂部で固めて表面実装型振動子としても構わない。
また、上述した実施形態では、金等のバンプＢを用いて圧電振動片５を実装する場合について説明したが、これに限らず、導電性接着剤を用いて実装しても構わない。

（実施例）
上記実施形態の圧電振動片５において、第１溝部２８における溝幅Ｗ１及び溝長さＬ１と、第２溝部２９における溝幅Ｗ２及び溝長さＬ２と、第１溝部２８と第２溝部２９との間隔Ｄと、をそれぞれ変化させた場合に、振動漏れ及びＣＩ値がどの程度変化したかを解析した実施例について説明する。

＜第１解析試験＞
はじめに、（第１溝部２８と第２溝部２９との間隔Ｄを５μｍ）とし、且つ（第１溝部２８の溝長さＬ１と第２溝部２９の溝長さＬ２と間隔Ｄとを加えた長さＬ０）が８５８μｍとした状態で、（第２溝部２９の溝幅Ｗ２／第１溝部２８の溝幅Ｗ１）が下記３つのパターンの場合に、圧電振動片５のマウント前後で、振動漏れ及びＣＩ値がどの程度変化したかを解析した。
（１）Ｗ２／Ｗ１が０．６付近とされている場合。
（２）Ｗ２／Ｗ１が０．８付近とされている場合。
（３）Ｗ２／Ｗ１が１．０とされている場合。
なお、上記いずれのパターンの場合において、第２溝部２９の溝長さＬ２を５０μｍ（Ｌ２／Ｌ０が０．０５８）、７５μｍ（Ｌ２／Ｌ０が０．０８７）、１００μｍ（Ｌ２／Ｌ０が０．１１６）にそれぞれ変化させながら解析を行った。

その解析結果を図１８に示す。なお、図１８（ａ）は、振動漏れがどの程度変化したかを示す図である。図１８（ｂ）は、ＣＩ値がどの程度変化したかを示す図である。図１８（ｂ）は、ＣＩ値の絶対値を示す図である。

これら各図から明らかなように、上記した（１）、（２）パターンは、共に（３）パターンに比べて振動漏れ変化、ＣＩ値変化がほとんどないうえ、ＣＩ値の絶対値もほとんど同一値であったことが確認できた。
ここで、（３）パターンは、第１溝部２８の溝幅Ｗ１と第２溝部２９の溝幅Ｗ２とが同じ場合であり、振動腕部２０、２１の剛性低下を考慮しない場合において、振動漏れの低下及びＣＩ値の低下に有効なものとされている。

従って、この（３）パターンに対して、（１）パターン及び（２）パターンが共に遜色ない結果を示していることから、本願発明の作用効果である（振動腕部２０、２１の剛性低下を抑制しながらＣＩ値を低下させること）を実際に確認することができた。
特に、上記（１）、（２）パターンにおいては、（第２溝部２９の溝幅Ｗ２／第１溝部２８の溝幅Ｗ１）が０．４以上、１．０未満の条件を満たしているうえ、（第２溝部２９の溝長さＬ２／長さＬ０）が０．０４以上、０．３以下の条件も満たしており、これらの条件が必須であることを確認できた。

また、上述した場合では、第１溝部２８と第２溝部２９との間隔Ｄが５μｍであったが、間隔Ｄが１０μｍ、１５μｍの場合においても、同様の解析を行った。その結果を図１９及び図２０に示す。この場合であっても、全く同様の結果を得ることができた。

＜第２解析試験＞
次に、（第１溝部２８と第２溝部２９との間隔Ｄを５μｍ）、（第１溝部２８の溝長さＬ１と第２溝部２９の溝長さＬ２と間隔Ｄとを加えた長さＬ０）が８５８μｍ、（第２溝部２９の溝幅Ｗ２／第１溝部２８の溝幅Ｗ１）が０．８、第２溝部２９の溝幅Ｗ２が０．４２μｍとした状態で、下記３つのパターンの場合に、圧電振動片５のマウント前後で、振動漏れ及びＣＩ値がどの程度変化したかを解析した。

（１）図２１（ａ）に示すように、第１溝部２８及び第２溝部２９がそれぞれ中心軸Ｏ１に対して線対称に配設され、且つ各振動腕部２０、２１の幅方向Ｍ３の中央に配置されている場合（オフセットされていない場合）。
（２）図２１（ｂ）に示すように、第２溝部２９がそれぞれ振動腕部２０、２１の幅方向Ｍ３の中央から幅方向Ｍ３外側に同量オフセット（＋１５μｍ）配置されている場合。
（３）図２１（ｃ）に示すように、第２溝部２９がそれぞれ振動腕部２０、２１の幅方向Ｍ３の中央から幅方向Ｍ３内側に同量オフセット（−１５μｍ）配置されている場合。

その解析結果を図２２に示す。なお、図２２（ａ）は、ＣＩ値の絶対値を示す図である。図２２（ｂ）は、振動漏れがどの程度変化したかを示す図である。図２２（ｃ）は、ＣＩ値がどの程度変化したかを示す図である。

これら各図から明らかなように、上記した（１）〜（３）パターンのいずれの場合も、振動漏れ変化、ＣＩ値変化にほとんど差異が生じないうえ、ＣＩ値の絶対値もほとんど同一値であったことが確認できた。
これらのことから、第２溝部２９の形成位置は、中心軸Ｏ１に対して線対称であれば、オフセットの有無に関係なく、同様の作用効果を奏効することができることを確認できた。

Ｏ１…中心軸
Ｃ…キャビティ
Ｅ…エッチング残り
５…圧電振動片
１…圧電振動子
２…ベース基板
３…リッド基板
４…パッケージ
２０、２１…振動腕部
２２…基部
２８…第１溝部
２９…第２溝部
１００…発振器
１０１…発振器の集積回路
１１０…携帯情報機器（電子機器）
１１３…電子機器の計時部
１３０…電波時計
１３１…電波時計のフィルタ部

Claims (7)

1. 中心軸を挟んで互いに平行に配設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を一体的に片持ち支持する基部と、を備え、
   前記一対の振動腕部の主面には、
   前記振動腕部の長さ方向における先端部側に配設され、該振動腕部の長さ方向及び厚み方向に直交する幅方向に沿った溝幅がＷ１とされた第１溝部と、
   前記第１溝部よりも前記基端部側に配設され、前記幅方向に沿った溝幅がＷ２とされた第２溝部と、が形成され、
   （前記第２溝部の溝幅Ｗ２／前記第１溝部の溝幅Ｗ１）が、０．４以上、１．０未満とされ、
   前記第１溝部は、前記第２溝部に対して間隔をあけて配置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において、
   前記第２溝部における前記基端部側に位置する部分から、前記第１溝部における前記先端部側に位置する部分までの前記長さ方向に沿った長さＬ０に対して、前記第２溝部における前記長さ方向に沿った溝長さＬ２が、以下の関係とされていることを特徴とする圧電振動片。
   （前記第２溝部の溝長さＬ２／前記長さＬ０）が、０．０４以上、０．３以下。
3. 請求項１又は２に記載の圧電振動片において、
   前記第２溝部は、前記中心軸に対して線対称に配設されていることを特徴とする圧電振動片。
4. 請求項１に記載された圧電振動片と、
   互いに接合されたベース基板とリッド基板とを有し、両基板の間に形成されたキャビティ内に前記圧電振動片を収容するパッケージと、を備えてい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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