JP6145288B2 - 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

圧電振動片、圧電振動子、発振器、電子機器、及び電波時計 Download PDF

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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。
圧電振動子は、時刻源、制御信号のタイミング源、リファレンス信号源等として、各種のデバイスに利用されている。圧電振動子は、パッケージに圧電振動片が収容された構造である。
圧電振動片は、例えば下記の特許文献1に開示されているように、一対の振動腕部、一対の振動腕部の間に設けられる基部、及び一対の振動腕部のそれぞれと基部を連結する連結部を備える。圧電振動片は、振動腕部に形成された励振電極に電圧が印加されると、振動腕部が所定の周波数で屈曲振動する。
このような圧電振動片は、圧電振動片のCI値(Crystal Impedance)が小さいものほど、振動に必要な電力が少なくなり、圧電振動片を用いた各種デバイスの消費電力を低減できる。
圧電振動片のCI値は、圧電振動片を等価回路で表す場合に直列抵抗値(以下、単に抵抗値という)として表されることが多く、本明細書においても抵抗値で表記する。現状で提供されている圧電振動片は、例えば、出力周波数が32.768kHzである場合には、抵抗値が50Ωから80Ω程度である。
特開2006−345519号公報
上述のような圧電振動片は、振動腕部に溝部が形成されていると、電界効率が高くなることなどにより抵抗値が低くなる。一般的に、圧電振動片は、溝部の長さが長いほど抵抗値が低くなる。しかしながら、溝部の長さが閾値以上であると、基本振動の抵抗値よりも高次振動の抵抗値の方が小さくなり、振動モードが変化することで、所望の周波数の振動が得られなくなってしまう。換言すると、圧電振動片は、高次振動の発生を抑制しつつ抵抗値を低減することが容易でない。
本発明は、高次振動の発生を抑制しつつ抵抗値を低減できる圧電振動片を提供することを目的とする。また、本発明は、消費電力を低減できる圧電振動子、発振器、電子機器、及び電波時計を提供することを目的とする。
本発明の第1態様の圧電振動片は、それぞれが溝部を有する2本の振動腕部と、2本の振動腕部の間に配置された基部と、2本の振動腕部のそれぞれの基端と基部とを連結する連結部と、基部にのみ配された基板実装用のマウント電極と、を備え、振動腕部の長手方向において、振動腕部の基端から先端までの長さをLvとし、振動腕部の基端から、連結部における振動腕部に対して反対側の端までの長さをLcとした場合、Lc/Lv≧0.1の関係を満たす。
第1態様の圧電振動片において、連結部は、振動腕部に対して反対側に突出する凸部を有し、凸部は、振動腕部の長手方向において、連結部における振動腕部に対して反対側の端を含んでいてもよい。
本発明の第2態様の圧電振動子は、第1態様の圧電振動片と、圧電振動片が実装されるベース部材と、圧電振動片が収容されるキャビティを、ベース部材とともに形成するリッド部材と、を備える。
本発明の第3態様の発振器は、第2態様の圧電振動子と、圧電振動子と電気的に接続された集積回路と、を備える。
本発明の第4態様の電子機器は、第2態様の圧電振動子を含む計時部を備える。
本発明の第4態様の電波時計は、第2態様の圧電振動子を含むフィルタ部を備える。
本発明によれば、高次振動の発生を抑制しつつ抵抗値を低減できる圧電振動片を提供する。また、本発明は、消費電力を低減できる圧電振動子、発振器、電子機器、及び電波時計を提供することを目的とする。
本実施形態の圧電振動子を示す分解斜視図である。 本実施形態の圧電振動片を厚み方向から見た平面図である。 図2のA−A’線の位置における一対の振動腕部の断面図である。 振動腕部の長さLv、連結部の長さLc、溝部の長さLaの組み合わせが異なる複数の圧電振動片のそれぞれの抵抗値を示す表である。 1次振動の抵抗値R1に対する2次振動の抵抗値R2の比(R2/R1)を、溝部の相対長さ(La/Lv)に対してプロットしたグラフである。 変形例1に係る圧電振動片を示す図である。 変形例2に係る圧電振動片を示す図である。 変形例3に係る圧電振動片を示す図である。 変形例4に係る圧電振動片を示す図である。 変形例5に係る圧電振動片を示す図である。 変形例6に係る圧電振動片を示す図である。 圧電振動片の製造方法を示すフローチャートである。 圧電振動片の形状情報を決定する工程を示すフローチャートである。 本実施形態の発振器を示す図である。 本実施形態の携帯情報機器の一例を示す図である。 本実施形態の電波時計を示す図である。
次に、実施形態について説明する。図1は、本実施形態の圧電振動子1を示す分解斜視図である。この圧電振動子1は、いわゆるセラミックパッケージタイプの表面実装型振動子である。圧電振動子1は、気密に封止されたキャビティCを有するパッケージ2と、キャビティCに収容された圧電振動片3とを備える。
図1の圧電振動子1は、外形が概ね直方体状である。以下の説明においては、圧電振動片3の厚み方向Tからみた場合の圧電振動子1の長手方向を長さ方向L、圧電振動子1の短手方向を幅方向Wという。
パッケージ2は、パッケージ本体(ベース部材)4と、封口板(リッド部材)5とを備える。パッケージ本体4は、有底の凹部を有する部材である。封口板5は、パッケージ本体4の凹部の開口を塞いでおり、パッケージ本体4と接合されている。キャビティCは、パッケージ本体4の凹部の内側に相当する内部空間であり、パッケージ本体4と封口板5とによって、パッケージ2の外部と仕切られている。
パッケージ本体4は、第1ベース基板10と、第1ベース基板10上に配置された第2ベース基板11と、第2ベース基板11上に配置されたシールリング12とを含む。
第1ベース基板10と第2ベース基板11は、ぞれぞれ、厚み方向Tから見た外形が概ね長方形の板状部材である。第2ベース基板11は、厚み方向Tからみた外形寸法が第1ベース基板10とほぼ同じである。
第1ベース基板10と第2ベース基板11は、それぞれ、セラミックス製である。第1ベース基板10と第2ベース基板11の形成材料は、例えば、アルミナを主成分とする高温焼成セラミックス(HTCC)であってもよいし、ガラスセラミックス等の低温焼成セラミックス(LTCC)であってもよい。
第2ベース基板11は、第1ベース基板10に重ねられており、第1ベース基板10と焼結などで結合されている。すなわち、第2ベース基板11は、第1ベース基板10と一体化されている。第2ベース基板11において、第1ベース基板10と反対を向く面は、パッケージ本体4の凹部の底面に相当し、圧電振動片3がマウントされる実装面11aである。
シールリング12は、枠状部材であり、パッケージ本体4の凹部の側壁を含む。シールリング12は、厚み方向Tから見た場合の外形寸法が、第2ベース基板11よりも一回り小さい。シールリング12は、銀ロウ等のロウ材や半田材等を用いた焼付けによって、実装面11aに接合されている。シールリング12は、実装面11a上に形成された金属接合層に対する溶着等によって、実装面11aと接合されていてもよい。この金属接合層は、電解メッキ法、無電解メッキ法、蒸着法、スパッタ法の少なくとも1つを用いて形成されていてもよい。
シールリング12は、導電性の部材であり、例えばニッケル基合金を含む。このニッケル基合金は、コバール、エリンバー、インバー、42−アロイのうち1種または2種以上を含んでいてもよい。シールリング12の形成材料は、第1ベース基板10及び第2ベース基板11と熱膨張係数が近い材料から選択されていてもよい。例えば、第1ベース基板10及び第2ベース基板11の形成材料として、熱膨張係数が6.8×10-6/℃のアルミナを用いる場合には、シールリング12の形成材料は、熱膨張係数が5.2×10-6/℃のコバールであってもよいし、熱膨張係数が4.5〜6.5×10-6/℃の42−アロイであってもよい。
封口板5は、シールリング12上に重ねられており、シールリング12の開口を塞いでいる。上述のキャビティCは、第2ベース基板11とシールリング12と封口板5とに囲まれる空間である。すなわち、圧電振動片3は、厚み方向Tから見た場合に、シールリング12の内側に収容されている。
封口板5は、導電性の基板であり、シールリング12と接合されている。シールリング12は、例えば、ローラ電極を接触させることによるシーム溶接、レーザ溶接、超音波溶接などの溶接によって、封口板5と接合される。封口板5とシールリング12とを溶接する場合に、封口板5の下面とシールリング12の上面の一方または双方にニッケル、金等の接合層が設けられていると、溶接による接合の信頼性が向上し、例えばキャビティCの気密性を確保しやすくなる。
シールリング12の内側における第2ベース基板11の実装面11a上には、電極パッド14および電極パッド15が設けられている。電極パッド14と電極パッド15は、圧電振動片3と電気的に接続される一対の端子である。詳しくは後述するが、圧電振動片3には、基板実装用のマウント電極16およびマウント電極17が設けられている。電極パッド14は、圧電振動片3のマウント電極16と電気的に接続され、電極パッド15は、圧電振動片3のマウント電極17と電気的に接続される。
第1ベース基板10の下面には、外部電極18および外部電極19が設けられている。外部電極18および外部電極19は、圧電振動子1の外部のデバイス、例えば圧電振動子1が実装されるデバイスからの電力の供給を受ける端子である。
パッケージ本体4には、電極パッド14と外部電極18とを電気的に接続する第1配線(図示略)と、電極パッド15と外部電極19とを電気的に接続する第2配線(図示略)とが設けられている。すなわち、外部電極18に印加された電位は、第1配線および電極パッド14を介して、圧電振動片3のマウント電極16に印加される。また、外部電極19に印加された電位は、第2配線および電極パッド15を介して、圧電振動片3のマウント電極17に印加される。圧電振動片3は、マウント電極16およびマウント電極17に供給される電力によって、振動する。
なお、第1配線は、例えば、第1ベース基板10を厚み方向Tに貫通して外部電極18と導通する第1貫通電極と、第2ベース基板11を厚み方向Tに貫通して電極パッド14と導通する第2貫通電極と、第1ベース基板10と第2ベース基板との間に設けられ、第1貫通電極と第2貫通電極とを電気的に接続する接続配線とを含む。電極パッド15と外部電極19とを電気的に接続する第2配線は、第1配線と同様の構成である。第1配線と第2配線の構成は、適宜変更できる。
次に、圧電振動片3について説明する。この圧電振動片3は、図1に示すような板状の部品である。圧電振動片3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体に、電極あるいは配線として機能する導電膜パターンなどの付帯物が形成されたものである。
図2は、本実施形態の圧電振動片3を厚み方向Tから見た平面図である。本実施形態において、圧電振動片3の外面のうち厚さ方向Tと直交する面を、主面ということがある。すなわち、圧電振動片3の主面は、長さ方向Lと幅方向Wのそれぞれに平行な面である。
圧電振動片3は、一対の振動腕部20と、一対の振動腕部20の間に配置された基部21と、一対の振動腕部20と基部21とを連結する連結部22と、を備える。本実施形態において、一対の振動腕部20と基部21と連結部22は、一体的に形成されており、隣接する各部が界面なく連続している。図2には、各部の範囲を示すために、各部の基端あるいは先端を2点鎖線で示した。
実施形態における基部21は、厚み方向Tから見た場合に外形が矩形状であり、その長手方向が長さ方向Lとほぼ平行である。基部21は、長さ方向Lの−T側の端を基端21aとして、+T側に直線的に延びている。基部21は、その基端21aで連結部22と連続している。
基部21は、図1に示した圧電振動子1のパッケージ2に実装されるマウント部を含む。本実施形態における基部21は、マウント電極16およびマウント電極17を備え、マウント電極16およびマウント電極17のそれぞれがマウント部である。
マウント電極16は、図1に示した電極パッド14と電気的に接続される。例えば、電極パッド14がバンプ電極であり、マウント電極16は、電極パッド14と導電性接着剤を介して接触することで、電極パッド14と導通する。マウント電極17は、マウント電極16と同様にして、電極パッド15と電気的に接続される。
なお、マウント電極16は、電極パッド14と導電性接着剤を介することなく直接的に接触していてもよい。また、マウント電極16と電極パッド14との電気的な接続には、バンプ電極以外の接続方法が用いられていてもよい。
一対の振動腕部20は、振動腕部23および振動腕部24を含む。振動腕部23は、長さ方向Lの−T側の端を基端23aとして、+T側に直線的に延びている。振動腕部23は、その基端23aで連結部22と連続しており、連結部22に片持ちで支持されている。振動腕部23の長手方向は、長さ方向Lとほぼ平行であり、基部21の長手方向ともほぼ平行である。
振動腕部23の長さLvは、振動腕部23の長手方向(長さ方向L)において、振動腕部23の基端23aから先端23bまでの長さである。圧電振動子1の長さ方向Lの外寸が1mm程度である場合に、振動腕部23の長さLvは、例えば800μm程度である。長さ方向Lにおける振動腕部24の長さは、振動腕部23と実質的に同じであり、振動腕部23の長さLvとの差が製造公差に収まる。
振動腕部23は、均一な幅で直線的に延びる帯状部25と、帯状部25の長手方向に対する幅(幅方向Wにおける寸法)が帯状部25よりも広いハンマー部26とを含む。帯状部25の−L側の端は、振動腕部23の基端23aに相当し、連結部22と連続している。帯状部25の+L側の端は、ハンマー部26と連続している。
振動腕部23の帯状部25には、溝部27が形成されている。溝部27は、振動腕部23の長手方向(長さ方向L)とほぼ平行に延びている。溝部27は、圧電振動片3の主面に形成されており、その深さ方向が圧電振動片3の厚さ方向Tとほぼ平行である。溝部27の長さLaは、振動腕部23の長さ方向において、溝部27の一端から他端までの長さである。
振動腕部24、基部21の幅方向Wにおける中心線に関して、振動腕部23と対称的に配置されている。振動腕部24は、形状および寸法が振動腕部23とほぼ同じである。そのため、振動腕部24については、振動腕部23と重複する説明を簡略化あるいは省略する。
振動腕部24は、長さ方向Lの−T側の端を基端24aとして、+T側に直線的に延びている。振動腕部24は、その基端24aで連結部22と連続しており、連結部22に片持ちで支持されている。振動腕部24は、溝部28が形成された帯状部29と、ハンマー部30とを含む。
なお、図2中の符号W1は、圧電振動片3の最大幅である。図2における最大幅W1は、振動腕部23のハンマー部26における+W側の端から、振動腕部24のハンマー部30における−W側の端までの距離である。例えば、図1に示した圧電振動子1の幅方向Wの外寸が800μm程度である場合に、圧電振動片3の最大幅W1は、400μm程度である。
連結部22は、基部21の基端21aと連続しているとともに、振動腕部23の基端23aと連続している。すなわち、連結部22は、基部21の基端21aと振動腕部23の基端23aとの間で連続しており、基部21の基端21aと振動腕部23の基端23aとを連結している。同様に、連結部22は、基部21の基端21aと振動腕部24の基端24aとを連結している。
図2の連結部22は、基部21の長手方向と交差する方向(幅方向W)に延びている。連結部22は、圧電振動片3の厚み方向から見た外形が矩形状である。振動腕部23の基端23aは、連結部22の+W側の端部に配置されており、振動腕部23の基端23aは、連結部22の−W側の端部に配置されている。基部21の基端21aは、振動腕部23の基端23aと振動腕部24の基端24aとの中心位置を含む範囲(圧電振動片3の幅方向Wの中央部)に、配置されている。
連結部22の長さLcは、振動腕部23の長手方向において、振動腕部23の基端23aから、連結部22における振動腕部23に対して反対側の端までの長さである。換言すると、連結部22の長さLcは、振動腕部23の基端23aと振動腕部24の基端24aとを含む面を基準面として、基準面の法線方向における連結部22の端と基準面との間隔である。
図3は、図2のA−A’線の位置における一対の振動腕部20の断面図である。振動腕部23は、圧電体31、励振電極32、及び励振電極33を含む。励振電極32は、溝部27における圧電体31の表面と、溝部27の周囲における圧電体31の表面とに連続している。励振電極33は、励振電極32と不連続に形成されており、励振電極32と絶縁である。励振電極33は、圧電体31のうち、圧電振動片3の主面と同じ側の表面の一部と、圧電振動片3の主面に対して側方を向く表面(側面)とに連続している。
励振電極32は、連結部22および基部21に設けられた配線を介して、基部21のマウント電極16と電気的に接続されている。すなわち、励振電極32は、図1に示した外部電極18と電気的に接続されている。励振電極33は、連結部22および基部21に設けられた配線を介して、基部21のマウント電極17と電気的に接続されている。すなわち、励振電極33は、図1に示した外部電極19と電気的に接続されている。励振電極32及び励振電極33は、外部電極18および外部電極19から電力の供給を受けて、振動腕部23における圧電体31に電界を印加する。振動腕部23は、励振電極32及び励振電極33から圧電体31に電界が印加されると、基部21に近づく向きと離れる向きとに、基端23a(図2参照)を起点として振動する。
振動腕部24は、圧電体31、励振電極34、及び励振電極35を含む。励振電極34は、振動腕部23における励振電極33に対応する位置に形成されている。励振電極34は、連結部22および基部21に設けられた配線を介して、基部21のマウント電極16と電気的に接続されている。励振電極35は、振動腕部23における励振電極32に対応する位置に形成されている。励振電極35は、連結部22および基部21に設けられた図示略の配線を介して、基部21のマウント電極17と電気的に接続されている。振動腕部24は、振動腕部23と同様に、外部電極18および外部電極19から供給される電力によって、励振電極32及び励振電極33から圧電体31に電界が印加され、基部21に近づく向きと離れる向きとに、基端24a(図2参照)を起点として振動する。
なお、連結部22において、振動腕部23の基端23aの位置またはその近傍の部分は、振動腕部23とともに振動することがありえるが、その振幅が振動腕部23の振幅よりも十分に小さい。すなわち、振動腕部23の基端23aは、振動する振動腕部23の基本波の節の位置またはその近傍の位置に相当する。
上述のような圧電振動片3は、一対の振動腕部20のそれぞれに溝部が形成されているので、電界効率が高くなることなどで抵抗値が低くなる。ところで、抵抗値は、溝部の長さが長いほど低くなるが、溝部の長さが閾値以上であると、基本振動の抵抗値よりも高次振動の抵抗値の方が小さくなる。その結果、圧電振動片は、高次振動するようになり、所望の周波数の振動が得られなることがある。
本実施形態の圧電振動片3は、連結部22が所定の条件を満たすので、高次振動の発生を抑制しつつ抵抗値を低減することができる。以下、実施例および比較例を参照しつつ、圧電振動片3の振動特性について詳しく説明する。
図4は、振動腕部23の長さLv、連結部22の長さLc、溝部27の長さLaの組み合わせが異なる複数の圧電振動片のそれぞれの抵抗値を示す表1である。図5は、実施例と比較例の圧電振動片について、1次振動の抵抗値R1に対する2次振動の抵抗値R2の比(R2/R1)を、溝部の相対長さ(La/Lv)に対してプロットしたグラフである。振動腕部23の長さLv、連結部22の長さLc、溝部27の長さLaについては、図2及びその説明を参照されたい。
表1には、No.0からNo.9で表される10個の試料のデータを示した。これら10個の試料は、いずれも、振動腕部23と振動腕部24のそれぞれの長さLvが820μmである。No.1からNo.3は、比較例のデータであり、図5において比較例1のプロットに対応している。No.4からNo.9は、実施例のデータであり、No.4からNo.6は図5の実施例1に対応し、No.7からNo.9は図5の実施例2に対応している。
No.1からNo.3は、いずれも連結部の長さLcが50μmであり、Lc/Lvが約6.1%である。No.1からNo.3において、溝部の長さLaは、No.1が最も短く300μmであり、No.2が400μm、No.3が500μmと順に長くなっている。また、1次振動の抵抗値R1は、No.1が約20.51Ω、No.2が約14.72Ω、No.3が約11.81Ωである。このように、一般的に、溝部の長さLaが長いほど、1次振動の抵抗値R1が低くなる。
一方で、2次振動の抵抗値R2は、No.1が約45.94Ω、No.2が約8.24Ω、No.3が約2.99Ωである。このように、溝部の長さLaが長いほど、2次振動の抵抗値R2も低くなる。溝部を長くした際の2次振動の抵抗値R2の低下は、1次振動の抵抗値R1の低下よりも顕著であり、溝部の長さLaが長くなるにつれて、R2/R1が減少する。
図5の比較例1においては、La/Lvが約45%でR2/R1が1未満になっており、La/Lvが45%以上になると圧電振動片が2次振動すると推測される。図4のNo.2の抵抗値R1が15Ω程度であることから、La/Lvが45%では抵抗値R1が15Ωを超えていると推測される。このように、比較例1において、圧電振動片を1次振動させるためにはLa/Lvを45%未満にすることになり、抵抗値R1を15Ω未満にすることが難しい。
本実施形態の圧電振動片を適用したNo.4からNo.6は、いずれも連結部22の長さLcが100μmであり、Lc/Lvが約12.2%である。No.4からNo.6において、溝部27の長さLaは、No.4が最も短く300μmであり、No.5が400μm、No.6が500μmと順に長くなっている。また、1次振動の抵抗値R1は、No.4が約14.77Ω、No.5が約10.82Ω、No.6が約8.83Ωである。2次振動の抵抗値R2は、No.4が約520.33Ω、No.5が約22.36Ω、No.6が約4.88Ωである。
図5の実施例1においては、La/Lvが53.9%程度でR2/R1が1になっている。そのため、実施例1においては、溝部の長さLaが振動腕部23の長さの53.9%未満であれば、圧電振動片3が1次振動すると推測される。すなわち、実施例1は、Lc/Lvが0.1以上であるので、圧電振動片3が1次振動する条件下において、溝部の長さLaを比較例1よりも長くすることができる。図4のNo.5においては、La/Lvが約48.8%であり、1次振動の抵抗値R1が約10.82Ωであることから、実施例1においては、2次振動の発生を抑制しつつ1次振動の抵抗値R1を10Ω程度まで下げることが可能であると推測される。以上のように、0.49≦La/Lv≦0.53を満たすことにより、2次振動の発生を抑制しつつ、1次振動の抵抗値R1を15Ω以下にすることが可能である。
本実施形態の圧電振動片を適用したNo.7からNo.9は、いずれも連結部22の長さLcが200μmであり、Lc/Lvが約24.4%である。No.7からNo.9において、溝部27の長さLaは、No.7が最も短く300μmであり、No.8が400μm、No.9が500μmと順に長くなっている。また、1次振動の抵抗値R1は、No.7が約14.16Ω、No.8が約10.41Ω、No.9が約8.83Ωである。2次振動の抵抗値R2は、No.7が約511.37Ω、No.8が約27.54Ω、No.9が約5.34Ωである。
図5の実施例2においては、La/Lvが57.0%程度でR2/R1が1になっている。そのため、実施例2においては、溝部の長さLaが振動腕部23の長さの57.0%未満であれば、圧電振動片3が1次振動すると推測される。すなわち、実施例2は、Lc/Lvが0.1以上であるので、圧電振動片3が1次振動する条件下において、溝部の長さLaを比較例1よりも長くすることができる。図4のNo.5においては、La/Lvが約48.8%であり、1次振動の抵抗値R1が約10.41Ωであるが、No.5よりもLa/Lvを57.0%以下の範囲で大きくした場合であっても2次振動の発生を抑制できることから、実施例2においては、1次振動の抵抗値R1を10Ω程度まで下げることが可能であると推測される。
ところで、図4のNo.0の試料は、連結部22の長さLcが80μm、Lc/Lvが約9.8%、溝部27の長さが350μm、Lc/Lvが約42.7%である。この試料は、Lc/Lvが僅かに10%に足りないがR2/R1が1を超えており、2次振動の発生が抑制されている。このことから、Lc/Lvが10%以上であれば、2次振動の発生を十分に抑制可能であると推測される。また、No.0の試料は、1次振動の抵抗値R1が約13.08Ωであることから、Lc/Lvが10%以上であれば、1次振動の抵抗値R1を15Ω以下にすることが十分に可能であると推測される。
ここで、圧電振動片が1次振動する条件での溝部の長さLaの最大値(以下、溝部の上限長さという)に着目する。溝部の上限長さは、比較例1(45%程度)よりも実施例1(54%程度)の方が長く、実施例1よりも実施例2(57%程度)の方が長い。また、図5において任意のLa/Lvで、実施例1、実施例2、比較例のR2/R1を比較すると、実施例1と実施例2の差は、比較例1と実施例1の差よりも小さい。このことから、Lc/Lvが大きくなるほど、Lc/Lvの増加率に対する溝部の上限長さの増加率が小さくなると推測される。そのため、Lc/Lvは、0.25以下であってもよいし、0.2以下でもよく、0.15以下でもよい。Lc/Lvを閾値以下にすることで、圧電振動片3の外形寸法を小さくすることができる。
このように、本実施形態に係る圧電振動片3は、振動腕部23の長さLvと連結部22の長さLcがLc/Lv≧0.1の関係を満たすので、R2/R1<1の関係を満たしながらR1を減らすことができる。その要因は、必ずしも明らかではないが、例えば以下のようなことが考えられる。
1次振動は、振動腕部23の基端23aが節、振動腕部23の先端(ハンマー部26)で振幅が最大になる振動である。2次振動は、振動腕部23の基端23aが節になる点では1次振動と同様であるが、振動腕部23の基端23aと先端との間(帯状部25)に振動の腹が存在する点で1次振動と異なる。そのため、2次振動において、振動腕部23の基端23aが理論上は変位しないが、連結部22には、振動腕部23がたわむことにより1次振動時より大きな曲げ応力が働くと推測される。この曲げ応力は、長さ方向Lおよび幅方向Wを含む面内で連結部22を曲げるように作用する。2次振動の抵抗値R2が1次振動の抵抗値R1と同じオーダー程度である場合において、連結部22の長さLcを長くすると、曲げ応力に対する連結部22の剛性が高くなり、結果として2次振動の抵抗値R2が高くなると考えられる。
以上のように、本実施形態に係る圧電振動片3は、2次振動の発生を抑制しつつ1次振動の抵抗値R1を低減できる。そのため、圧電振動片3を所望の周波数で振動させることができるとともに、振動させるのに必要な電力を減らすことなどができる。結果として、圧電振動片3を備える圧電振動子1は、所望の周波数を出力可能であり、しかも低消費電力にすることができる。
なお、圧電振動片3の形状については、図2の態様に限定されるものではない。以下、図6〜図11を参照しつつ、本実施形態に係る圧電振動片3の変形例について説明する。
図6は、変形例1に係る圧電振動片3bを示す図である。この圧電振動片3bにおいて、連結部22は、基部21に連続する本体部40と、本体部40に対して基部21と反対側に配置された凸部41とを含む。
本体部40は、厚み方向Tから見た場合に矩形状である。振動腕部23は、本体部40において幅方向Wの+W側の端部と連続しており、振動腕部24は本体部40の−W側の端部と連続している。本体部40は、幅方向Wの両端のそれぞれに、振動腕部23と反対側を向く端面40aを有する。本変形例において端面40aは、平面状である。
凸部41は、振動腕部23に対して反対側(長さ方向Lの−T側)に突出している。凸部41は、幅方向Wの寸法が本体部40よりも小さく、幅方向Wにおける本体部40の中央部と連続している。凸部41は、本体部40に対して振動腕部23と反対側を向く端面41aを有する。本変形例において端面41aは、平面状である。端面41aは、連結部22の本体部40の端面40aとほぼ平行であり、端面40aとの間に段差を有する。端面41aは、振動腕部23の長手方向(長さ方向L)において、連結部22のうちで振動腕部23の基端23aから最も離れた端を含む。本変形例において、連結部22の長さLcは、長さ方向Lにおける、連結部22の凸部41の端面41aと振動腕部23の基端23aとの間隔である。
図7は、変形例2に係る圧電振動片3cを示す図である。この圧電振動片3cは、連結部22が複数の凸部(凸部42、凸部43)を含む点で、変形例1と異なる。凸部43は、幅方向Wにおいて凸部42との間にギャップを有する。凸部43は、連結部22の幅方向Wの中心に関して、凸部42と対称的に配置されている。本変形例において、凸部43は凸部42とほぼ同じ寸法である。凸部42は、連結部22の本体部40に対して振動腕部23と反対側を向く端面42aを有する。同様に、凸部43は、連結部22の本体部40に対して振動腕部24と反対側を向く端面43aを有する。端面42aと端面43aは、それぞれ平面状であり、同一平面に配置される(面一である)。
本変形例において、連結部22の長さLcは、長さ方向Lにおける、連結部22の凸部42の端面42aと振動腕部23の基端23aとの間隔あり、本変形例においては連結部22の凸部43の端面43aと振動腕部24の基端24aとの間隔としても同じである。
なお、長さ方向Lにおいて、凸部43の端面43aの位置(座標)は、凸部42の端面42aの位置と異なっていてもよい。例えば、圧電振動片3cの幅方向Wにおける中心線に対して、圧電振動片3cの圧電体31(図3参照)とその付帯物の一方または双方が非対称である場合に、凸部43の形状あるいは寸法を凸部42と異ならせることで、重量のバランス、振動特性のバランスなどを取るようにしてもよい。このような場合において、連結部22の長さLcとしては、長さ方向Lにおける凸部42の端面42aと振動腕部23の基端23aとの間隔と、長さ方向Lにおける凸部43の端面43aと振動腕部24の基端24aとの間隔のうち長い方の値を採用してもよい。
図8は、変形例3に係る圧電振動片3dを示す図である。この圧電振動片3dは、連結部22の凸部41の端面41aが湾曲している点で、変形例1と異なる。図8において、凸部41のうち長さ方向Lの最も−L側の端41bは、幅方向Wにおける凸部41の中心の部分である。本変形例において、連結部22の長さLcは、長さ方向Lにおける、連結部22の凸部41の端41bと振動腕部23の基端23aとの間隔ある。
上述したような変形例1〜3の圧電振動片は、振動腕部23の長さLvと連結部22の長さLcがLc/Lv≧0.1の関係を満たすことにより、高次振動の発生を抑制しつつ抵抗値を低減できる。変形例1〜3の圧電振動片は、図2の圧電振動片3と連結部22の長さLcが同じである条件で比較すると、連結部22の一部が切り欠かれている状態に相当するので、軽量にすることができる。また、変形例1〜3の圧電振動片は、連結部22の角の部分において、図1に示したパッケージ2とのギャップが広がるので、パッケージ2と干渉しにくくなり、例えばパッケージ2に実装する際の作業性が高くなる。
図9は、変形例4に係る圧電振動片3eを示す図である。この圧電振動片3eにおいて、連結部22の凸部41は、幅方向Wの寸法が本体部40よりも大きい。凸部41は、連結部22の本体部40に対して振動腕部23の反対側を向く端面41aを有する。本変形例において、連結部22の長さLcは、長さ方向Lにおける、連結部22の凸部41の端面41aと振動腕部23の基端23aとの間隔である。このような圧電振動片3eは、振動腕部23の長さLvと連結部22の長さLcがLc/Lv≧0.1の関係を満たすことにより、抵抗値を低減しつつ高次振動の発生を抑制できる。
図10は、変形例5に係る圧電振動片3fを示す図である。この圧電振動片3fにおける基部21は、略C字状であり、長さ方向Lに延びるスリット45を有する。振動腕部23の長手方向(長さ方向L)において、基部21は、スリット45を介して配置された基端21cおよび基端21dを有する。振動腕部23の長手方向(長さ方向L)において、基端21cの位置は、振動腕部23の基端23aの位置とほぼ同じである。また、振動腕部23の長手方向(長さ方向L)において、基端21dの位置は、基端21cの位置とほぼ同じであり、振動腕部24の基端24aの位置ともほぼ同じである。
本変形例において、連結部22は、基部21の基端21cと振動腕部23の基端23aとを連結する第1連結部46と、基部21の基端21dと振動腕部24の基端24aとを連結する第2連結部47とを含む。第1連結部46は、振動腕部23の基端23aに対して振動腕部23の先端23bと反対側を向く端面46aを有する。同様に、第2連結部47は、振動腕部24の基端24aに対して振動腕部24の先端24bと反対側を向く端面47aを有する。第2連結部47の端面47aは、振動腕部23の長手方向(長さ方向L)における位置が第1連結部46の端面46aとほぼ同じである。
本変形例において、連結部22の長さLcは、長さ方向Lにおける、第1連結部46の端面46aと振動腕部23の基端23aとの間隔あり、本変形例においては連結部22の第2連結部47の端面47aと振動腕部24の基端24aとの間隔としても同じである。
本変形例の圧電振動片3fは、振動腕部23の長さLvと連結部22の長さLcがLc/Lv≧0.1の関係を満たすことにより、抵抗値を低減しつつ高次振動の発生を抑制できる。また、圧電振動片3fは、スリット45が設けられていることで、軽量にできる。
図11は、変形例6に係る圧電振動片3を示す図である。この圧電振動片3gにおいて、基部21にはマウント電極16が設けられており、連結部22にはマウント電極17が設けられている。本変形例の圧電振動片3gは、長さ方向Lにおけるマウント電極16とマウント電極17との間隔を広げやすい。そのため、一対のマウント電極の双方が基部21に配置されている場合と比較して、圧電振動片3gを両持ちに近い状態で支持できる。そのため、圧電振動片3は、例えば実装時の作業性が高くなる。また、圧電振動片3は、圧電振動子1が外部から衝撃等を受けた場合に、所望の姿勢から傾くこと、パッケージ2の内面との衝突することなどが抑制される。
次に、圧電振動片の製造方法について説明する。図12は、圧電振動片の製造方法を示すフローチャートである。この製造方法は、それぞれが溝部を有する一対の振動腕部と、一対の振動腕部の間に配置された基部と、一対の振動腕部のそれぞれの基端と前記基部とを連結する連結部と、を備える圧電振動片の製造方法である。
圧電振動片の製造方法は、圧電振動片の形状を示す形状情報を決定する第1工程(ステップS1)と、第1工程で決定した形状情報が示す形状に圧電体を成形する第2工程(ステップS2)と、第2工程で成形した圧電体に導電膜パターンを含む付帯物を形成する第3工程(ステップS3)と、を含む。
形状情報は、振動腕部の長手方向に関して、振動腕部の基端から先端までの長さの情報と、溝部の長さを示す情報と、連結部において振動腕部の基端から振動腕部と反対側の端までの長さを示す情報とを含む。
形状情報を決定する第1工程(ステップS1)は、圧電振動片の1次振動の抵抗値R1が目標値の範囲に収まる溝部の長さを決定する第1処理(ステップS11)と、第1処理で決定した溝部の長さに対して圧電振動片の2次振動の抵抗値R2が抵抗値R1よりも大きくなる連結部の長さを決定する第2処理(ステップS12)とを含む。
第1工程については後により詳しく説明することにして、まず第2工程および第3工程について説明する。第2工程および第3工程においては、多面取り用のウエハを基板として、この基板上の複数のチップ領域のそれぞれに圧電振動片3の各種構造を形成する。そして、基板の各チップ領域を個片化(ダイシング)することで、複数の圧電振動片3を製造する。
第2工程では、ステップS21およびステップS22を経て、圧電振動片3の圧電体31を成形する。ステップS21では、圧電材料からなる基板を覆って第1レジスト膜を形成する。そして、圧電振動片3の圧電体31の外形に応じたパターンが形成された第1フォトマスクなどを用いて、第1レジスト膜に第1フォトマスクのパターンを露光により転写する。そして、露光された第1レジスト膜を現像することにより、圧電振動片3の圧電体31の外形に応じた第1レジストパターンを形成する。第1レジストパターンは、基板上の領域のうち、厚み方向Tから見た場合の圧電振動片3の輪郭の内側に相当する領域に、形成される。ステップS22では、ステップS21で形成した第1レジストパターンをマスクとして基板をエッチングし、エッチング後に第1レジストパターンを剥離する。これにより、所望の外形の圧電体31が形成される。
ステップS21において転写されるパターンは、基部21に相当する部分、振動腕部23に相当する部分、及び連結部22に相当する部分を含み、このパターンの各部分の寸法は、第1工程で決定した形状情報に従って設定される。例えば、パターンのうち連結部22に相当する部分の長さは、ステップS12で決定された連結部22の長さLcと、パターンを転写する際の倍率とに応じた寸法に設定される。
第2工程では、ステップS22に続くステップS23およびステップS24を経て、圧電体31に溝部(溝部27および溝部28)を形成する。ステップS23では、ステップS22で成形した圧電体31を覆って第2レジスト膜を形成する。そして、圧電振動片3の溝部に応じたパターンが形成された第2フォトマスクなどを用いて、第2レジスト膜に第2フォトマスクのパターンを露光により転写する。そして、露光された第2レジスト膜を現像することにより、圧電振動片3の溝部に応じた第2レジストパターンを形成する。第2レジストパターンは、圧電体31のうち溝部を除く部分を覆う領域に、形成される。ステップS24では、ステップS23で形成した第2レジストパターンをマスクとして、圧電体31をエッチングする。そして、第2レジストパターンを剥離する。これにより、圧電体31上の所望の位置に所望の寸法および形状の溝部が形成される。
ステップS23において転写されるパターンは、溝部に相当する部分を含み、この部分の寸法は、第1工程で決定した形状情報に従って設定される。例えば、パターンのうち溝部に相当する部分の長さは、ステップS11で決定された溝部の長さLaと、パターンを転写する際の倍率とに応じた寸法に設定される。
以上のような第2工程を経て得られた圧電体31に、第3工程では導電膜パターンなどの付帯物を形成する。この導電膜パターンは、圧電振動片3のマウント電極、励振電極、及びマウント電極と励振電極とを電気的に接続する配線を含む。
第3工程において、ステップS31では、第2工程を経て得られた圧電体31を覆って、例えばスパッタリング法、蒸着法等により導電材料を成膜し、導電膜を形成する。ステップS32では、ステップS31で形成した導電膜上に第3レジスト膜を形成する。そして、圧電振動片3の導電膜パターンに応じたパターンが形成された第3フォトマスクなどを用いて、第3レジスト膜に第3フォトマスクのパターンを露光により転写する。そして、露光された第3レジスト膜を現像することにより、圧電振動片3の導電膜パターンに応じた第3レジストパターンを形成する。第3レジストパターンは、圧電体31のうち導電膜パターンの形成領域を除く領域に、形成される。ステップS33では、ステップS32で形成した第3レジストパターンをマスクとして、導電膜をエッチングする。そして、第3レジストパターンを剥離する。これにより、圧電体31上の所望の位置に所望の寸法および形状の導電膜パターンが形成される。そして、第2工程および第3工程を経た基板(ウエハ)を個片化することなどにより、圧電振動片3が得られる。
次に、第1工程(ステップS1)について、一例を参照して詳しく説明する。図13は、圧電振動片の形状情報を決定する工程を示すフローチャートである。
本実施形態において、第1工程では、まず振動腕部の長さLvを決定する(ステップS10)。振動腕部の長さLvは、圧電体31の物性値などに基づいて、圧電振動片3の振動周波数が目標値になる値に決定される。圧電振動片3の振動周波数の目標値は、圧電振動子1の用途等に応じて定められ、例えば時刻の計測などに用いられる圧電振動子においては32.768kHzに設定されることが多い。
第1工程の第1処理(ステップS11)では、振動腕部の長さLvに基づいて、溝部の長さLaおよび深さを決定する。ステップS11では、抵抗値R1が目標値の範囲内になる溝部の長さLaを決定する。抵抗値R1の目標値は、10Ω以上15Ω以下の範囲から選択される値である。
図4および図5に示したように、圧電振動片の1次振動の抵抗値R1は、La/Lvの関数であり、抵抗値R1が目標値の範囲内になる溝部の長さLaは、数値シミュレーションなどを利用することで得られる。例えば、まず、溝部の長さLaを系統的に変化させながら抵抗値R1を数値シミュレーションにより算出する。そして、数値シミュレーションにより得られた複数のデータを用いて、抵抗値R1を溝部の長さLaの関数として表現する。そして、この関数において抵抗値R1が目標値の範囲内になる溝部の長さLaを算出し、算出した値を溝部の長さLaとして決定する。
第1工程の第2処理(ステップS12)では、ステップS11の第1処理で決定した溝部の長さLaに対して、2次振動の抵抗値R2が1次振動の抵抗値R1よりも大きくなる条件を満たす連結部22の長さLcを決定する。このような条件を満たす連結部の長さLcは、例えば、数値シミュレーションなどを利用して求めることが可能である。
ここでは、連結部の長さLcを決定する方法の1例を説明する。本例では、連結部の長さLcの暫定的な値(以下、仮決定値という)を仮決定する(ステップS13)。次に、長さLcの仮決定値に応じた2次振動の抵抗値R2を、数値シミュレーションなどを利用して算出する(ステップS14)。長さLcの仮決定値は、任意に選択される値であり、例えば振動腕部23の長さLvの10%(Lc/Lv=0.1)に設定してもよい。
次に、長さLcの仮決定値を用いて算出された2次振動の抵抗値R2と、1次振動の抵抗値R1との大小関係を比較する(ステップS15)。ステップS15において比較に用いる1次振動の抵抗値R1は、ステップS15において算出してもよいし、ステップS11において溝部の長さLaの決定に用いた1次振動の抵抗値R1の目標値であってもよい。
ステップS15の比較結果において、2次振動の抵抗値R2が1次振動の抵抗値R1よりも大きい場合(ステップS15;Yes)には、長さLcの仮決定値を連結部22の長さLcとして本決定する(ステップS16)。ステップS15の比較結果において、2次振動の抵抗値R2が1次振動の抵抗値R1よりも小さい場合(ステップS15;No)には、長さLcの仮決定値を更新する(ステップS17)。
図4および図5に示したように、圧電振動片の2次振動の抵抗値R2は、Lc/Lvの関数であり、Lc/Lvの増加に対して増加傾向である。そのため、ステップS17においては、長さLcの仮決定値をより大きい値に更新すればよい。
ステップS17に続いて、更新された長さLcの仮決定値を用いて2次振動の抵抗値R2をステップS14において算出し、次いで算出された2次振動の抵抗値R2をステップS15において1次振動の抵抗値R1と比較する。以下同様に、2次振動の抵抗値R2が1次振動の抵抗値R1よりも大きくなるまで、適宜、ステップS14、ステップS15、ステップS17の処理を繰り返す。このようにして、2次振動の抵抗値R2が1次振動の抵抗値R1よりも大きい条件を満たす連結部の長さLcが得られる。
ところで、一般的な圧電振動片の製造方法においては、振動腕部の長さLvおよび連結部の長さLcを決定した後に、振動腕部の長さLvおよび連結部の長さLcに応じて、2次振動が発生しない溝部の長さLaを決定することがありえる。このような製造方法にあっては、溝部の長さの上限値が連結部の長さの制約を受けるため、1次振動の抵抗値が所望の値まで低くなる値までは溝部の長さを長くできないことがありえる。例えば、図5に示した比較例1において、Lc/Lvが6.1%に予め設定された状態で、2次振動が発生しない溝部の長さLaを決定することを想定する。この場合に、2次振動が発生しない溝部の長さLaは、R2/R1が1未満となる範囲、すなわちLa/Lvが45%未満となる範囲から選択されることになる。そのため、溝部の長さLaが振動腕部の長さLvの45%程度において、1次振動の抵抗値が下限値になり、この下限値が所望の範囲(例えば15Ω以下)よりも高くなることがありえる。
上述のような圧電振動片の製造方法にあっては、1次振動の抵抗値R1が所望の値になる溝部の長さLaを決定し、決定した溝部の長さLaに対して、2次振動の抵抗値R2が1次振動の抵抗値R1よりも大きくなる条件を満たす連結部の長さLcを決定する。そのため、2次振動の発生を抑制しつつ抵抗値R1を所望の値に下げることができる。結果として、この製造方法によれば、2次振動の発生を抑制しつつ抵抗値R1を低減できる圧電振動片を製造できる。
なお、仮決定値の初期値を、振動腕部の長さLvの10%以上すなわち(Lc/Lv≧0.1に設定すると、算出ステップの結果において2次振動の抵抗値R2が1次振動の抵抗値R1よりも大きくなると推測される。そのため、ステップS17および仮決定値の変更に伴う算出ステップ(ステップS14)を省くこと、あるいは仮決定値の変更に伴う算出ステップの回数を減らすことなどができる。
なお、上述のステップS15において、2次振動の抵抗値R2が1次振動の抵抗値R1よりも大きい場合(ステップS15;Yes)に、長さLcの仮決定値をより小さい値に更新してステップS14を行ってもよい。この場合には、ステップS16は、圧電振動片の2次振動の抵抗値R2が1次振動の抵抗値R1よりも大きくなる条件を満たす長さLcの仮決定値のうち、相対的に小さい値(例えば最小値)を連結部の長さLcに決定する処理を含んでいてもよい。このようにすれば、連結部の長さLcを、条件を満たす長さLcの複数の仮決定値のうち相対的に小さな値に決定するので、圧電振動片を小型にできる。この場合に、ステップS13において、長さLcの仮決定値を振動腕部の長さLvの10%よりも十分に大きい値(例えば15%、20%、25%)に設定しておいてもよい。
なお、上述の例において、抵抗値は、数値シミュレーションにより算出されるが、試料を用いた実験などにより測定された値であってもよい。また、第1処理S11においては、溝部の長さLaと抵抗値R1との関係を示す数値テーブルを予め用意しておき、この数値テーブルを参照することで、抵抗値R1が目標値の範囲に収まる溝部の長さLaを求めることにしてもよい。同様に、第2処理S12においては、連結部の長さLcと抵抗値R2との関係を示す数値テーブルを予め用意しておき、この数値テーブルを参照することで、抵抗値R2が抵抗値R1よりも大きくなる連結部の長さLcを決定することにしてもよい。
次に、本実施形態に係る発振器について説明する。図14は、本実施形態の発振器100を示す図である。発振器100は、基板101、集積回路102、電子部品103、及び圧電振動子1を備える。電子部品103は、例えばキャパシタなどであり、基板101に実装されている。集積回路102は、発振器用であり、基板101に実装されている。集積回路102は、圧電振動子1と電子部品103のそれぞれと、図示略の配線を介して電気的に接続されている。圧電振動子1は、例えば、基板101において集積回路102の近傍に実装される。圧電振動子1は、図1などを参照して説明した本実施形態の圧電振動子であり、発振子として機能する。発振器100の少なくとも一部は、適宜、図示しない樹脂によりモールドされていてもよい。
発振器100は、圧電振動子1に電力が供給されると、圧電振動子1の圧電振動片が振動する。圧電振動片の振動は、圧電振動片が有する圧電特性により、電気信号へ変換される。この電気信号は、圧電振動子1から集積回路102へ出力される。集積回路102は、圧電振動子1から出力された電気信号に各種処理を実行することで、周波数信号を生成する。
発振器100は、例えば、時計用の単機能発振器、コンピューターなどの各種装置の動作タイミングを制御するタイミング制御装置、時刻あるいはカレンダーなどを提供する装置などに応用できる。集積回路102は、発振器100に要求される機能に応じて構成され、いわゆるRTC(リアルタイムクロック)モジュールを含んでいてもよい。
本実施形態の発振器100は、振動不良の発生が抑制された圧電振動子1を備えているので、低消費電力で安定した動作を実現可能である。
次に、本実施形態に係る電子機器の一つの形態として、携帯情報機器について説明する。この携帯情報機器は、腕時計のような形態であり、一般的な携帯電話よりも格段に小型および軽量であるが、携帯電話と同様の通信が可能である。この携帯情報機器は、文字盤に相当する部分に液晶ディスプレイなどの表示部が配置されており、表示部に時刻情報などを表示可能である。また、この携帯情報機器は、バンドの内側部分にスピーカ、マイクロフォンなどの入出力部が設けられており、入出力部を利用して通話などが可能である。
図15は、本実施形態の携帯情報機器110の一例を示す図である。図15に示す携帯情報機器110は、計時部111、表示部112、通信部113、制御部114、電源部115、電圧検出部116、及び電源遮断部117を備える。
制御部114は、携帯情報機器110の各部を総括的に制御する。例えば、制御部114は、計時部111による時刻の計測、表示部112による情報の表示、通信部113による外部との通信などを制御する。制御部114は、例えば、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、このプログラムに従って各種処理を実行するCPUと、このCPUのワークエリアとして使用されるRAMとを含む。
計時部111は、集積回路、及び圧電振動子1を備える。この集積回路は、発振回路、レジスタ回路、カウンタ回路、及びインターフェース回路を含む。圧電振動子1は、図1を参照して説明したような本実施形態に係る圧電振動子である。圧電振動子1は、電力の供給を受けて圧電振動片が振動し、この振動を、圧電振動片が有する圧電特性に応じた電気信号に変換する。圧電振動子1から出力された電気信号は、集積回路の発振回路へ入力される。
計時部111の集積回路において、発振回路の出力は、二値化されてレジスタ回路とカウンタ回路とにより計数される。この計数結果は、インターフェース回路を介して制御部114に供給される。制御部114は、集積回路からの計数結果に基づいて各種演算などを実行することで時刻や日付などを算出し、その算出結果に基づいて、表示部112に時刻、日付、カレンダーなどの各種情報を表示させる。
通信部113は、外部との通信、すなわち外部へのデータの送信および外部からのデータの受信を行う。通信部113は、無線部120、音声処理部121、切替部122、増幅部123、音声入出力部124、電話番号入力部125、着信音発生部126、及び呼制御メモリ部127を含む。
無線部120は、符号化された音声データ等の各種データを、アンテナ128を介して基地局とやりとりする。音声処理部121は、無線部120から入力されたデータを、復号化して増幅部123へ出力する。また、音声処理部121は、増幅部123から入力されたデータを、符号化して無線部120へ出力する。増幅部123は、音声処理部121と音声入出力部124との間の信号の受け渡しを行うとともに、受け渡される信号を適宜、所定のレベルまで増幅する。音声入出力部124は、スピーカおよびマイクロフォンなどを含み、増幅部123からの信号に応じた音声を外部へ出力し、外部から音声の入力を受け付ける。
また、切替部122は、基地局からの呼び出しなどに応じた制御部114からの指令により、着信音発生部126を増幅部123と接続する。着信音発生部126は、基地局からの呼び出しに応じた制御部114からの指令により、着信音のデータを切替部122に出力する。すなわち、制御部114は、基地局からの呼び出しなどに応じて、着信音のデータを増幅部123へ出力させることにより、音声入出力部124によって着信音を出力させる。
呼制御メモリ部127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125は、例えば0から9の番号キー及びその他のキーを備え、これら番号キー等の押下により、通話先の電話番号等の入力に利用される。
電源部115は、例えばリチウムイオン二次電池を含み、携帯情報機器110の各部へ電力を供給する。電圧検出部116は、電源部115から携帯情報機器110の各部へ供給されている電圧を検出する。電圧検出部116は、検出した電圧が所定値以下になった場合に、電圧が所定値以下であることを制御部114に通知する。この所定値は、通信部113を安定して動作させるために必要とされる電圧として予め設定されている値であり、例えば3V程度である。電圧検出部116から電圧降下の通知を受けた制御部114は、無線部120、音声処理部121、切替部122、及び着信音発生部126を含む複数の機能部の少なくとも一部の動作を、禁止または制限する。この場合に、制御部114は、複数の機能部のうち相対的に消費電力が大きい機能部の動作を、複数の機能部のうち相対的に消費電力が小さい機能部よりも先に禁止または制限する。制御部114は、供給電力の低下によって機能が停止または制限されていることを示す情報を、表示部112に表示させる。この表示は、文字を含んでいてもよいし、記号を含んでいてもよく、例えば表示部112に表示された電話アイコンに×(バツ)印を付ける態様でもよい。電源遮断部117は、複数の機能部のうち、電圧低下により機能が停止する機能部への電力の供給を選択的に停止する。
上述の携帯情報機器110のような本実施形態の電子機器は、本実施形態に係る圧電振動子1を備えているので、低消費電力で安定した動作を実現可能である。
次に、電波時計について説明する。電波時計は、表示する時刻を、標準電波から取得される時刻に合わせる機能を有する。標準電波は、タイムコードと呼ばれる時刻情報を含む変調信号によって、所定周波数の搬送波にAM変調をかけたものである。標準電波は、例えば日本国内では、福島県の送信所と佐賀県の送信所とから送信されている。福島県の送信所から送信される標準電波は、搬送波の周波数が40kHzであり、佐賀県の送信所から送信される標準電波は、搬送波の周波数が60kHzである。
図16は、本実施形態の電波時計130を示す図である。この電波時計130は、アンテナ131、アンプ132、フィルタ部133、検波整流回路134、波形整形回路135、CPU136、及びRTC137を備える。
アンテナ131は、標準電波を受信する。アンプ132は、アンテナ131が受信した標準電波の信号を、増幅してフィルタ部133へ出力する。フィルタ部133は、アンプ132からの信号を、濾波、同調して検波整流回路134へ出力する。検波整流回路134は、フィルタ部133からの信号を、検波復調して波形整形回路135へ出力する。波形整形回路135は、検波整流回路134からの信号からタイムコードを取得し、このタイムコードをCPU136へ供給する。CPU136は、タイムコードから現在の年、積算日、曜日、時刻等の時刻に関する情報を取得する。RTC137は、いわゆるリアルタイムクロックであり、現在の年、月、日、時、分、秒などの情報を保持している。CPU136は、タイムコードから取得した時刻に関する情報を、RTC137が保持する情報に反映させる。RTC137が保持する情報は、適宜読みだされて、時刻の表示に利用される。
フィルタ部133は、濾波する信号の周波数に相当する共振周波数の圧電振動子を含む。フィルタ部133において、圧電振動子は、共振子として機能する。例えば、図16の電波時計130は、日本国内での使用が想定されたものであり、フィルタ部133は、共振周波数が40kHzの圧電振動子1aと、共振周波数が60kHzの圧電振動子1bとを含む。なお、日本国内以外の地域での使用が想定される電波時計130は、使用される地域に対応した標準電波の搬送波の周波数に応じて、フィルタ部133の圧電振動子の共振周波数が設定される。
本実施形態において、フィルタ部133の圧電振動子1aと圧電振動子1bは、それぞれ、図1を用いて説明したような本実施形態の圧電振動子である。本実施形態の電波時計130は、本実施形態に係る圧電振動子1を備えているので、低消費電力で安定した動作を実現可能である。
なお、本発明の技術範囲は、上記の実施形態あるいは変形例に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態あるいは変形例で説明した要素の1つ以上は、省略されることがある。また、上記の実施形態あるいは変形例で説明した要素は、適宜組み合わせることができる。
なお、上述の実施形態において、圧電振動子1は、セラミックパッケージタイプの圧電振動子であるが、いわゆるガラスパッケージタイプの圧電振動子であってもよい。また、第1ベース基板10及び第2ベース基板11の2枚の基板でベース基板を構成したが、ベース基板は、1枚の基板で構成されていてもよい。
なお、上述の実施形態において、パッケージ本体4は、ベース基板にシールリング12を接合することで、キャビティCとなる凹部が形成されているが、シールリング12を用いる代わりにベース基板に凹部を形成が形成されていてもよい。
1、1a、1b 圧電振動子、3、3b〜3 圧電振動片、4 パッケージ本体(ベース部材)、5 封口板(リッジ部材)、16 マウント電極、17 マウント電極、20 一対の振動腕部、21 基部、22 連結部、27、28 溝部、41〜43 凸部、100 発振器、110 携帯情報機器(電子機器)、130 電波時計

Claims (6)

  1. それぞれが溝部を有する2本の振動腕部と、
    前記2本の振動腕部の間に配置された基部と、
    前記2本の振動腕部のそれぞれの基端と前記基部とを連結する連結部と、
    前記基部にのみ配された基板実装用のマウント電極と、
    を備え、
    前記振動腕部の長手方向において、前記振動腕部の基端から先端までの長さをLvとし、前記振動腕部の基端から、前記連結部における前記振動腕部に対して反対側の端までの長さをLcとした場合、
    Lc/Lv≧0.1
    の関係を満たす圧電振動片。
  2. 前記連結部は、前記振動腕部に対して反対側に突出する凸部を有し、
    前記凸部は、前記振動腕部の長手方向において、前記連結部における前記振動腕部に対して反対側の端を含む
    請求項1に記載の圧電振動片。
  3. 請求項1又は2に記載の圧電振動片と、
    前記圧電振動片が実装されるベース部材と、
    前記圧電振動片が収容されるキャビティを、前記ベース部材とともに形成するリッド部材と、を備える圧電振動子。
  4. 請求項に記載の圧電振動子と、
    前記圧電振動子と電気的に接続された集積回路と、を備える発振器。
  5. 請求項に記載の圧電振動子を含む計時部を備える電子機器。
  6. 請求項に記載の圧電振動子を含むフィルタ部を備える電波時計。
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