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

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３ｇ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３ｇは、例えば実装時の作業性が高くなる。また、圧電振動片３ｇ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〜３ｇ 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３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３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３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。

Images