(57)【要約】      （修正有）【課題】音叉型圧電振動子と、該音叉型圧電振動子をケースに封止した圧電ユニットと、その圧電ユニットと増幅器とコンデンサと抵抗から成る圧電発振器と、該圧電発振器を備えた電子機器、及びそれらの製造方法の提供。【解決手段】電子機器は圧電発振器と、表示部と、電源から成り、該圧電発振器は圧電発振回路２０１を備え、圧電発振回路２０１は増幅回路２０８と、抵抗２０７と圧電振動子２０３を備えた圧電ユニットとコンデンサ２０５，２０６とを備えた帰還回路２０９とを備え、増幅回路２０８は圧電振動子の基本波モード振動の位相角∠αを備え、位相角∠αが１９０°より大きくなる様に、圧電発振回路の抵抗と複数のコンデンサの各素子の値と、圧電振動子の振動子形状の寸法と、圧電振動子の振動部上下面の溝の寸法と、溝の面上に形成された電極の寸法と、圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値と、を決定する工程を備える。【選択図】図１０
2014042224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１個の圧電発振器と、表示部と、電源とを少なくとも備えて構成される電子機器の製造方法で、
前記少なくとも１個の圧電発振器は圧電発振回路を備え、前記圧電発振回路は少なくとも増幅器を備えた増幅回路と、少なくとも抵抗と圧電振動子を備えた圧電ユニットと複数のコンデンサとを備えた帰還回路とを備え、
前記圧電振動子の振動子形状を形成する工程と、
前記圧電振動子の振動部の上面と下面の各々に、あるいは少なくとも一面に溝を形成する工程と、
前記溝の面の上に電極を形成する工程と、
前記圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値を決定する工程と、を備えていて、前記増幅回路は前記圧電振動子の基本波モード振動の位相角∠αを備え、前記位相角∠αが１９０°より大きくなるように、前記圧電発振回路の前記抵抗と前記複数のコンデンサの各素子の値と、前記圧電振動子の前記振動子形状の寸法と、前記圧電振動子の振動部の上面と下面の各々に、あるいは少なくとも一面に形成された前記溝の寸法と、前記溝の面の上に形成された前記電極の寸法と、前記圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の前記値と、を決定する工程を備えていることを特徴とする電子機器の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、前記少なくとも１個の圧電発振器は、第１圧電発振回路を備えた第１圧電発振器を備え、第１圧電発振回路は少なくとも第１増幅器を備えた第１増幅回路と、第１圧電振動子を備えた第１圧電ユニットと複数の第１コンデンサと第１ドレイン抵抗とを少なくとも備えた第１帰還回路とを備え、第１増幅回路は第１圧電振動子の基本波モード振動の位相角∠α１を備えていて、第１圧電発振回路は∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の第１の関係式を備え、ただし、Ａ１＝（ω１Ｒｄ１）／ａ１、Ｂ１＝ａ１Ｃｄ１−（１＋Ｒｅ１／Ｒｄ１）、ａ１＝ａ１１／ａ２１−１／Ｃｇ１、ａ１１＝（１−ω１２／ω０１２）／Ｃ０１、ａ２１＝ω１２／ω０１２−１−Ｃ１１／Ｃ０１で与えられ、ω１は第１圧電発振回路の第１圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数、ω０１は第１圧電振動子の基本波モード振動の直列共振角周波数、Ｃ１１は第１圧電振動子の基本波モード振動の等価容量、Ｃ０１は第１圧電振動子の基本波モード振動の並列容量、Ｒｄ１は第１圧電発振回路の第１ドレイン抵抗、Ｃｇ１は第１圧電発振回路のゲート側の第１コンデンサの容量、Ｃｄ１は第１圧電発振回路のドレイン側の第１コンデンサの容量、Ｒｅ１は第１圧電振動子の基本波モード振動の実数部のインピーダンスであって、∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の第１の関係式を得る工程と、前記位相角∠α１が１９５°〜２５０°の範囲内にあるように、第１圧電発振回路の第１ドレイン抵抗と複数の第１コンデンサの各素子の値と、第１圧電発振回路の第１圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数ω１と、第１圧電振動子の振動子形状の寸法と、前記振動子形状の振動部の上面と下面の各面に、あるいは少なく一面に形成された溝の寸法と、前記溝の面の上に形成された電極の寸法と、第１圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値と、を決定する工程を含むことを特徴とする電子機器の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、前記少なくとも１個の圧電発振器は、第２圧電発振回路を備えた第２圧電発振器を備え、第２圧電発振回路は少なくとも第２増幅器を備えた第２増幅回路と、第２圧電振動子を備えた第２圧電ユニットと複数の第２コンデンサと第２ドレイン抵抗とを少なくとも備えた第２帰還回路とを備え、第２圧電振動子の振動モードは第１圧電振動子の振動モードと異なると共に、第２圧電振動子の基本波モード振動の発振周波数は第１圧電振動子の基本波モード振動の発振周波数より高い発振周波数を備え、第２増幅回路は第２圧電振動子の基本波モード振動の位相角∠α２を備えていて、第２圧電発振回路は∠α２＝ａｒｃｔａｎ（Ａ２×Ｂ２）の第２の関係式を備え、ただし、Ａ２＝（ω２Ｒｄ２）／ａ２、Ｂ２＝ａ２Ｃｄ２−（１＋Ｒｅ２／Ｒｄ２）、ａ２＝ａ１２／ａ２２−１／Ｃｇ２、ａ１２＝（１−ω２２／ω０２２）／Ｃ０２、ａ２２＝ω２２／ω０２２−１−Ｃ１２／Ｃ０２で与えられ、ω２は第２圧電発振回路の第２圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数、ω０２は第２圧電振動子の基本波モード振動の直列共振角周波数、Ｃ１２は第２圧電振動子の基本波モード振動の等価容量、Ｃ０２は第２圧電振動子の基本波モード振動の並列容量、Ｒｄ２は第２圧電発振回路の第２ドレイン抵抗、Ｃｇ２は第２圧電発振回路のゲート側の第２コンデンサの容量、Ｃｄ２は第２圧電発振回路のドレイン側の第２コンデンサの容量、Ｒｅ２は第２圧電振動子の基本波モード振動の実数部のインピーダンスであって、∠α２＝ａｒｃｔａｎ（Ａ２×Ｂ２）の第２の関係式を得る工程と、前記位相角／α２が前記位相角∠α１より小さく、かつ、１８０°より大きくなるように、第２圧電発振回路の第２ドレイン抵抗と複数の第２コンデンサの各素子の値と、第２圧電振動子の振動子形状の寸法と、前記振動子形状の振動部の面の上に形成された電極の寸法と、を決定する工程を備えていることを特徴とする電子機器の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、第１圧電発振回路の第１圧電振動子は基部部分と前記基部部分に接続された少なくとも第１音叉腕と第２音叉腕を備え、屈曲モードで振動する音叉型圧電振動子で、第２圧電発振回路の第２圧電振動子は厚みすべり圧電振動子であって、前記基部部分と前記第１音叉腕と前記第２音叉腕を備えた音叉形状を形成する工程と、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の上面と下面の少なくとも一面に溝を形成する工程と、前記溝の面の上に電極を形成する工程と、前記厚みすべり圧電振動子の振動子形状を形成する工程と、前記振動子形状の上面と下面の各々に電極を形成する工程と、を備え、第１増幅回路の前記位相角∠α１は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の位相角で、第２増幅回路の前記位相角∠α２は前記厚みすべり圧電振動子の基本波モード振動の位相角であって、前記位相角∠α１が、１９５°〜２５０°の範囲内に、かつ、前記位相角∠α２が１８２°〜１９５°の範囲内にあるように、第１圧電発振回路と第２圧電発振回路の各々の前記各素子の値と、前記音叉型圧電振動子の前記音叉形状と前記溝と前記溝の面の上に形成された前記電極の各寸法と、前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値と、前記厚みすべり圧電振動子の前記振動子形状と前記振動子形状の上面と下面の各々に形成された前記電極の各寸法と、前記厚みすべり圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値と、を決定する工程を備えていることを特徴とする電子機器の製造方法。
【請求項５】
少なくとも増幅器を備えた増幅回路と、圧電振動子とケースと蓋とを備えた圧電ユニットと複数のコンデンサと抵抗とを少なくとも備えた帰還回路とを備えた圧電発振回路を備えて構成される圧電発振器の製造方法で、
前記増幅回路は前記圧電振動子の基本波モード振動の位相角∠α１を備え、かつ、前記圧電発振回路は∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の関係式を備え、ただし、Ａ１＝（ω１Ｒｄ１）／ａ１、Ｂ１＝ａ１Ｃｄ１−（１＋Ｒｅ１／Ｒｄ１）、ａ１＝ａ１１／ａ２１−１／Ｃｇ１、ａ１１＝（１−ω１２／ω０１２）／Ｃ０１、ａ２１＝ω１２／ω０１２−１−Ｃ１１／Ｃ０１で与えられ、ω１は前記圧電発振回路の前記圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数、ω０１は前記圧電振動子の基本波モード振動の直列共振角周波数、Ｃ１１は前記圧電振動子の基本波モード振動の等価容量、Ｃ０１は前記圧電振動子の基本波モード振動の並列容量、Ｒｄ１は前記圧電発振回路のドレイン抵抗、Ｃｇ１は前記圧電発振回路のゲート側のコンデンサの容量、Ｃｄ１は前記圧電発振回路のドレイン側のコンデンサの容量、Ｒｅ１は前記圧電振動子の基本波モード振動の実数部のインピーダンスであって、
∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の関係式を得る工程と、前記位相角∠α１が１９５°〜２５０°の範囲内にあるように、前記圧電発振回路の各素子の値と、前記圧電振動子の振動子形状の寸法と、前記振動子形状の振動部に形成された溝の寸法と、前記溝の面の上に形成された電極の寸法と、前記圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値と、を決定する工程を備えていることを特徴とする圧電発振器の製造方法。
【請求項６】
圧電振動子と前記圧電振動子を収納するケースと前記ケースの開口部を封止する蓋とを備えた圧電ユニットの製造方法で、
前記圧電振動子は基部部分と前記基部部分に接続された少なくとも第１音叉腕と第２音叉腕を備え、屈曲モードで振動する音叉型圧電振動子で、
前記基部部分と前記第１音叉腕と前記第２音叉腕を備えた音叉形状を形成する工程と、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の上面と下面の少なくとも一面に溝を形成する工程と、前記溝の面の上に電極を形成する工程と、を備え、
圧電発振回路を形成するために、前記圧電ユニットの前記音叉型圧電振動子は少なくとも増幅器と複数のコンデンサと抵抗の各素子に電気的に接続され、増幅回路は少なくとも前記増幅器を備え、帰還回路は少なくとも前記圧電ユニットと前記複数のコンデンサと前記抵抗とを備えていて、
前記増幅回路は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の位相角∠α１を備え、かつ、前記圧電発振回路は∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の関係式を備え、ただし、Ａ１＝（ω１Ｒｄ１）／ａ１、Ｂ１＝ａ１Ｃｄ１−（１＋Ｒｅ１／Ｒｄ１）、ａ１＝ａ１１／ａ２１−１／Ｃｇ１、ａ１１＝（１−ω１２／ω０１２）／Ｃ０１、ａ２１＝ω１２／ω０１２−１−Ｃ１１／Ｃ０１で与えられ、ω１は前記圧電発振回路の前記圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数、ω０１は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の直列共振角周波数、Ｃ１１は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の等価容量、Ｃ０１は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の並列容量、Ｒｄ１は前記圧電発振回路のドレイン抵抗、Ｃｇ１は前記圧電発振回路のゲート側のコンデンサの容量、Ｃｄ１は前記圧電発振回路のドレイン側のコンデンサの容量、Ｒｅ１は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の実数部のインピーダンスであって、
∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の関係式を得る工程と、前記位相角∠α１が１９５°〜２５０°の範囲内にあるように、前記圧電発振回路の前記各素子の値と、前記圧電ユニットの寸法と、前記音叉型圧電振動子の前記音叉形状の寸法と、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の上面と下面の少なくとも一面に形成された前記溝の寸法と、前記溝の面の上に形成された前記電極の寸法と、前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値と、を決定する工程を備えていて、
前記圧電発振回路の出力信号は電子機器の表示部に時間情報を表示するためのクロック信号であることを特徴とする圧電ユニットの製造方法。
【請求項７】
少なくとも振動部を備えた圧電振動子の製造方法で、
前記圧電振動子は基部部分と前記基部部分に接続された少なくとも第１音叉腕と第２音叉腕を備えた音叉型圧電振動子で、
前記基部部分と前記第１音叉腕と前記第２音叉腕を備えた音叉形状を形成する工程と、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の上面と下面の少なくとも一面に溝を形成する工程と、前記溝の面の上に電極を形成する工程と、を備え、
圧電発振回路を形成するために、前記音叉型圧電振動子は少なくとも増幅器と複数のコンデンサと抵抗の各素子に電気的に接続され、増幅回路は少なくとも前記増幅器を備え、帰還回路は少なくとも前記音叉型圧電振動子と前記複数のコンデンサと前記抵抗とを備えていて、
前記増幅回路は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の位相角∠α１を備え、かつ、前記圧電発振回路は∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の関係式を備え、ただし、Ａ１＝（ω１Ｒｄ１）／ａ１、Ｂ１＝ａ１Ｃｄ１−（１＋Ｒｅ１／Ｒｄ１）、ａ１＝ａ１１／ａ２１−１／Ｃｇ１、ａ１１＝（１−ω１２／ω０１２）／Ｃ０１、ａ２１＝ω１２／ω０１２−１−Ｃ１１／Ｃ０１で与えられ、ω１は前記圧電発振回路の前記圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数、ω０１は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の直列共振角周波数、Ｃ１１は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の等価容量、Ｃ０１は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の並列容量、Ｒｄ１は前記圧電発振回路のドレイン抵抗、Ｃｇ１は前記圧電発振回路のゲート側のコンデンサの容量、Ｃｄ１は前記圧電発振回路のドレイン側のコンデンサの容量、Ｒｅ１は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の実数部のインピーダンスで、
∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の関係式を得る工程と、前記位相角∠α１が１９５°〜２５０°の範囲内にあるように、前記音叉形状と前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の少なくとも一面に形成された前記溝と前記溝の面の上に形成された前記電極の各々の寸法と、前記圧電発振回路のドレイン抵抗Ｒｄ１とゲート側のコンデンサの容量Ｃｇ１とドレイン側のコンデンサの容量Ｃｄ１の各々の値と、前記圧電発振回路の前記圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数ω１と、前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の直列共振角周波数ω０１と等価容量Ｃ１１と並列容量Ｃ０１と実数部のインピーダンスＲｅ１の各々の値と、を決定する工程を備えていて、
前記圧電発振回路の出力信号は電子機器の表示部に時間情報を表示するためのクロック信号であることを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項８】
圧電発振回路を備えた圧電発振器と、表示部と、電源とを少なくとも備えて構成される電子機器で、
前記圧電発振回路は少なくとも増幅器を備えた増幅回路と、圧電振動子を備えた圧電ユニットと抵抗と複数のコンデンサとを少なくとも備えた帰還回路とを備え、
前記増幅回路は前記圧電振動子の基本波モード振動の位相角∠α１を備え、前記位相角∠α１が１９０°より大きくなるように、前記圧電発振回路の各素子の値と、前記圧電振動子の振動子形状の寸法と、前記圧電振動子の上面と下面の各面に、あるいは少なくとも一面に形成された溝の寸法と、前記溝の面の上に形成された電極の寸法と、が決定されていることを特徴とする電子機器。
【請求項９】
請求項８において、前記帰還回路はドレイン抵抗とゲート側のコンデンサとドレイン側のコンデンサを備え、前記圧電発振回路は∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の関係式を備え、ただし、Ａ１＝（ω１Ｒｄ１）／ａ１、Ｂ１＝ａ１Ｃｄ１−（１＋Ｒｅ１／Ｒｄ１）、ａ１＝ａ１１／ａ２１−１／Ｃｇ１、ａ１１＝（１−ω１２／ω０１２）／Ｃ０１、ａ２１＝ω１２／ω０１２−１−Ｃ１１／Ｃ０１で与えられ、ω１は前記圧電発振回路の前記圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数、ω０１は前記圧電振動子の基本波モード振動の直列共振角周波数、Ｃ１１は前記圧電振動子の基本波モード振動の等価容量、Ｃ０１は前記圧電振動子の基本波モード振動の並列容量、Ｒｄ１は前記帰還回路の前記ドレイン抵抗、Ｃｇ１は前記帰還回路の前記ゲート側のコンデンサの容量、Ｃｄ１は前記帰還回路の前記ドレイン側のコンデンサの容量、Ｒｅ１は前記圧電振動子の基本波モード振動の実数部のインピーダンスで、前記位相角∠α１が１９５°〜２５０°の範囲内にあるように、前記圧電発振回路の前記抵抗と前記複数のコンデンサの各々の値と、前記圧電振動子の前記振動子形状の寸法と、前記溝の寸法と、前記溝の面の上に形成された前記電極の寸法と、前記圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値と、が決定されていることを特徴とする電子機器。
【請求項１０】
少なくとも増幅器を備えた増幅回路と、圧電振動子とケースと蓋とを備えた圧電ユニットと複数のコンデンサと抵抗とを少なくとも備えた帰還回路とを備えた圧電発振回路を備えて構成される圧電発振器で、
前記増幅回路は前記圧電振動子の基本波モード振動の位相角∠α１を備え、かつ、前記圧電発振回路は∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の関係式を備え、ただし、Ａ１＝（ω１Ｒｄ１）／ａ１、Ｂ１＝ａ１Ｃｄ１−（１＋Ｒｅ１／Ｒｄ１）、ａ１＝ａ１１／ａ２１−１／Ｃｇ１、ａ１１＝（１−ω１２／ω０１２）／Ｃ０１、ａ２１＝ω１２／ω０１２−１−Ｃ１１／Ｃ０１で与えられ、ω１は前記圧電発振回路の前記圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数、ω０１は前記圧電振動子の基本波モード振動の直列共振角周波数、Ｃ１１は前記圧電振動子の基本波モード振動の等価容量、Ｃ０１は前記圧電振動子の基本波モード振動の並列容量、Ｒｄ１は前記圧電発振回路のドレイン抵抗、Ｃｇ１は前記圧電発振回路のゲート側のコンデンサの容量、Ｃｄ１は前記圧電発振回路のドレイン側のコンデンサの容量、Ｒｅ１は前記圧電振動子の基本波モード振動の実数部のインピーダンスであって、
前記位相角∠α１が１９５°〜２５０°の範囲内にあるように、前記圧電発振回路の各素子の値と、ω１は前記圧電発振回路の前記圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数、前記圧電振動子の振動子形状の寸法と、前記振動子形状の振動部に形成された溝の寸法と、前記溝の面の上に形成された電極の寸法と、圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値と、が決定されていることを特徴とする圧電発振器。
【請求項１１】
圧電振動子と前記圧電振動子を収納するケースと前記ケースの開口部を封止する蓋とを備えた圧電ユニットで、
前記圧電振動子は、基部部分と前記基部部分に接続された少なくとも第１音叉腕と第２音叉腕を備えた音叉形状を備え、屈曲モードで振動する音叉型圧電振動子で、
前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の上面と下面の各々に、あるいは少なくとも一面に溝が形成され、前記溝の面の上に電極が配置されていて、
圧電発振回路を形成するために、前記圧電ユニットの前記音叉型圧電振動子は少なくとも増幅器と複数のコンデンサと抵抗の各素子に電気的に接続され、増幅回路は少なくとも前記増幅器を備え、帰還回路は少なくとも前記圧電ユニットと前記複数のコンデンサと前記抵抗とを備えていて、
前記増幅回路は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の位相角∠α１を備え、かつ、前記圧電発振回路は∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の関係式を備え、ただし、Ａ１＝（ω１Ｒｄ１）／ａ１、Ｂ１＝ａ１Ｃｄ１−（１＋Ｒｅ１／Ｒｄ１）、ａ１＝ａ１１／ａ２１−１／Ｃｇ１、ａ１１＝（１−ω１２／ω０１２）／Ｃ０１、ａ２１＝ω１２／ω０１２−１−Ｃ１１／Ｃ０１で与えられ、ω１は前記圧電発振回路の前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数、ω０１は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の直列共振角周波数、Ｃ１１は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の等価容量、Ｃ０１は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の並列容量、Ｒｄ１は前記圧電発振回路のドレイン抵抗、Ｃｇ１は前記圧電発振回路のゲート側のコンデンサの容量、Ｃｄ１は前記圧電発振回路のドレイン側のコンデンサの容量、Ｒｅ１は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の実数部のインピーダンスであって、
前記位相角∠α１が１９５°〜２５０°の範囲内にあるように、前記圧電発振回路の前記各素子の値と、前記圧電発振回路の前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数ω１と、前記圧電ユニットの寸法と、前記音叉型圧電振動子の前記音叉形状の寸法と、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の上面と下面の各々に、あるいは少なくとも一面に形成された前記溝の寸法と、前記溝の面の上に形成された前記電極の寸法と、前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値と、が決定されていて、
前記圧電発振回路の出力信号は電子機器の表示部に時間情報を表示するためのクロック信号であることを特徴とする圧電ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は圧電振動子（例えば、音叉型圧電振動子あるいは厚みすべり水晶振動子）と、その圧電振動子とケースと蓋とを備えて構成される圧電ユニットと、その圧電ユニットを備える圧電発振回路を備えた圧電発振器とその圧電発振器を備えた電子機器、及びそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】一例として、特許文献１の段落００３５には、圧電振動子の一つである屈曲モードで振動する音叉形状の屈曲水晶振動子１４５の平面図が示され、音叉腕（振動部）の先端部の腕幅を広くした形状を有することにより、音叉腕が質量効果を持つ。それ故、同じ周波数でもより腕の長さを短くできるので小型化ができ、実際には、腕幅を広くする音叉腕の長さは、音叉腕の自由端である先端部から腕の長さの約半分の位置まで、広く形成される。即ち、前記範囲内で任意の位置に幅が広く設けられる。ことが記載されている。すなわち、基部側から先端部の約半分の位置に第１幅Ｗｆが、その第１幅より広い第２幅Ｗｓが音叉腕の自由端である先端部から腕の長さの約半分の位置に形成されている。この形状では、基本波モード振動の発振周波数が、例えば約３２．７６８ｋＨｚで、その周波数での等価直列抵抗Ｒｍ１の増加を抑え、かつ、ある程度の小型化（例えば、全長が２ｍｍの水晶ユニット）を図ることができるが、全長が２ｍｍより小さいより小型化された水晶ユニットを実現するには、音叉形状の屈曲水晶振動子のＷｓｆ＝Ｗｓ／Ｗｆをかなり大きく、かつ、Ｗｆをかなり小さくする必要がある。しかし、Ｗｓｆ＝Ｗｓ／Ｗｆをかなり大きく、かつ、Ｗｆをかなり小さくすると等価直列抵抗Ｒｍ１が全長２ｍｍの水晶ユニットの等価直列抵抗の２倍以上と極めて大きな等価直列抵抗となると共に、バラツキも大きくなり、等価直列抵抗Ｒｍ１の増加を抑制した音叉腕のより短い超小型の音叉型屈曲水晶振動子を実現することは極めて困難であった。加えて、基本波モード振動と２次高調波モード振動を有する音叉型屈曲水晶振動子を備えた従来の水晶発振回路で、かつ、その出力信号が基本波モード振動の出力信号を有する水晶発振回路において、振動や衝撃により水晶発振回路の出力信号が基本波モード振動の出力信号から２次高調波モード振動の出力信号に変化するという不具合があった。
【特許文献１】特開２００３−４３６３１０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】このようなことから、基本波モード振動での等価直列抵抗Ｒｍ１の増加を抑制した音叉腕のより短い超小型の音叉型圧電振動子を実現するには、新形状で、かつ、新電極配置を備えた音叉型圧電振動子と、その音叉型圧電振動子と蓋とケースとを備えて構成される圧電ユニットと、その圧電ユニットと増幅器とコンデンサと抵抗とを備えて構成される圧電発振器と、その圧電発振器を備えた電子機器と、それらの製造方法が所望されていた。特に、圧電発振器においては、振動や衝撃が加えられても音叉型圧電振動子の基本波モード振動の出力信号が、２次高調波モード振動の出力信号に変化しない圧電発振器とその圧電発振器を備えた電子機器と、それらの製造方法が所望されていた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】本発明は、以下の方法で従来の課題を有利に解決した逆相の屈曲モードで振動する、超小型の音叉型圧電振動子と、その音叉型圧電振動子と蓋とケースとを備えて構成される圧電ユニットと、その圧電ユニットと増幅器とコンデンサと抵抗とを備えて構成される圧電発振器と、その圧電発振器を備えた電子機器と、それらの製造方法を提供することを目的とするものである。加えて、本発明は、基本波モード振動の起動特性が良く、かつ、線形の領域内において基本波モード振動で発振する圧電発振回路を備えた圧電発振器とそれを搭載した電子機器、及びそれらの製造方法を提供することにある。【０００５】すなわち、本発明の電子機器の製造方法の第１の態様は、少なくとも１個の圧電発振器と、表示部と、電源とを少なくとも備えて構成される電子機器の製造方法で、前記少なくとも１個の圧電発振器は圧電発振回路を備え、前記圧電発振回路は少なくとも増幅器を備えた増幅回路と、少なくとも抵抗と圧電振動子を備えた圧電ユニットと複数のコンデンサとを備えた帰還回路とを備え、前記圧電振動子の振動子形状を形成する工程と、前記圧電振動子の振動部の上面と下面の各々に、あるいは少なくとも一面に溝を形成する工程と、前記溝の面の上に電極を形成する工程と、前記圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値を決定する工程と、を備えていて、前記増幅回路は前記圧電振動子の基本波モード振動の位相角∠αを備え、前記位相角∠αが１９０°より大きくなるように、前記圧電発振回路の前記抵抗と前記複数のコンデンサの各素子の値と、前記圧電振動子の前記振動子形状の寸法と、前記圧電振動子の振動部の上面と下面の各々に、あるいは少なくとも一面に形成された前記溝の寸法と、前記溝の面の上に形成された前記電極の寸法と、前記圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の前記値と、を決定する工程を備えている電子機器の製造方法である。
本発明の電子機器の製造方法の第２の態様は、第１の態様において、前記少なくとも１個の圧電発振器は、第１圧電発振回路を備えた第１圧電発振器を備え、第１圧電発振回路は少なくとも第１増幅器を備えた第１増幅回路と、第１圧電振動子を備えた第１圧電ユニットと複数の第１コンデンサと第１ドレイン抵抗とを少なくとも備えた第１帰還回路とを備え、第１増幅回路は第１圧電振動子の基本波モード振動の位相角∠α１を備えていて、第１圧電発振回路は∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の第１の関係式を備え、ただし、Ａ１＝（ω１Ｒｄ１）／ａ１、Ｂ１＝ａ１Ｃｄ１−（１＋Ｒｅ１／Ｒｄ１）、ａ１＝ａ１１／ａ２１−１／Ｃｇ１−ａ１１＝（１−ω１２／ω０１２）／Ｃ０１、ａ２１＝ω１２／ω０１２−１−Ｃ１１／Ｃ０１で与えられ、ω１は第１圧電発振回路の第１圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数、ω０１は第１圧電振動子の基本波モード振動の直列共振角周波数、Ｃ１１は第１圧電振動子の基本波モード振動の等価容量、Ｃ０１は第１圧電振動子の基本波モード振動の並列容量、Ｒｄ１は第１圧電発振回路の第１ドレイン抵抗、Ｃｇ１は第１圧電発振回路のゲート側の第１コンデンサの容量、Ｃｄ１は第１圧電発振回路のドレイン側の第１コンデンサの容量、Ｒｅ１は第１圧電振動子の基本波モード振動の実数部のインピーダンスであって、∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の第１の関係式を得る工程と、前記位相角∠α１が１９５°〜２５０°の範囲内にあるように、第１圧電発振回路の第１ドレイン抵抗と複数の第１コンデンサの各素子の値と、第１圧電発振回路の第１圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数ω１と、第１圧電振動子の振動子形状の寸法と、前記振動子形状の振動部の上面と下面の各面に、あるいは少なく一面に形成された溝の寸法と、前記溝の面の上に形成された電極の寸法と、第１圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値と、を決定する工程を含む電子機器の製造方法である。
本発明の電子機器の製造方法の第３の態様は、第２の態様において、前記少なくとも１個の圧電発振器は、第２圧電発振回路を備えた第２圧電発振器を備え、第２圧電発振回路は少なくとも第２増幅器を備えた第２増幅回路と、第２圧電振動子を備えた第２圧電ユニットと複数の第２コンデンサと第２ドレイン抵抗とを少なくとも備えた第２帰還回路とを備え、第２圧電振動子の振動モードは第１圧電振動子の振動モードと異なると共に、第２圧電振動子の基本波モード振動の発振周波数は第１圧電振動子の基本波モード振動の発振周波数より高い発振周波数を備え、第２増幅回路は第２圧電振動子の基本波モード振動の位相角∠α２を備えていて、第２圧電発振回路は／α２＝ａｒｃｔａｎ（Ａ２×Ｂ２）の第２の関係式を備え、ただし、Ａ２＝（ω２Ｒｄ２）／ａ２、Ｂ２＝ａ２Ｃｄ２−（１＋Ｒｅ２／Ｒｄ２）、ａ２＝ａ１２／ａ２２−１／Ｃｇ２、ａ１２＝（１−ω２２／ω０２２）／Ｃ０２、ａ２２＝ω２２／ｗ０２２−１−Ｃ１２／Ｃ０２で与えられ、ω２は第２圧電発振回路の第２圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数、ω０２は第２圧電振動子の基本波モード振動の直列共振角周波数、Ｃ１２は第２圧電振動子の基本波モード振動の等価容量、Ｃ０２は第２圧電振動子の基本波モード振動の並列容量、Ｒｄ２は第２圧電発振回路の第２ドレイン抵抗、Ｃｇ２は第２圧電発振回路のゲート側の第２コンデンサの容量、Ｃｄ２は第２圧電発振回路のドレイン側の第２コンデンサの容量、Ｒｅ２は第２圧電振動子の基本波モード振動の実数部のインピーダンスであって、∠α２＝ａｒｃｔａｎ（Ａ２×Ｂ２）の第２の関係式を得る工程と、前記位相角∠α２が前記位相角∠α１より小さく、かつ、１８０°より大きくなるように、第２圧電発振回路の第２ドレイン抵抗と複数の第２コンデンサの各素子の値と、第２圧電振動子の振動子形状の寸法と、前記振動子形状の振動部の面の上に形成された電極の寸法と、を決定する工程を備えている電子機器の製造方法である。
本発明の電子機器の製造方法の第４の態様は、第３の態様において、第１圧電発振回路の第１圧電振動子は基部部分と前記基部部分に接続された少なくとも第１音叉腕と第２音叉腕を備え、屈曲モードで振動する音叉型圧電振動子で、第２圧電発振回路の第２圧電振動子は厚みすべり圧電振動子であって、前記基部部分と前記第１音叉腕と前記第２音叉腕を備えた音叉形状を形成する工程と、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の上面と下面の少なくとも一面に溝を形成する工程と、前記溝の面の上に電極を形成する工程と、前記厚みすべり圧電振動子の振動子形状を形成する工程と、前記振動子形状の上面と下面の各々に電極を形成する工程と、を備え、第１増幅回路の前記位相角∠α１は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の位相角で、第２増幅回路の前記位相角∠α２は前記厚みすべり圧電振動子の基本波モード振動の位相角であって、前記位相角∠α１が、１９５°〜２５０°の範囲内に、かつ、前記位相角∠α２が１８２°〜１９５°の範囲内にあるように、第１圧電発振回路と第２圧電発振回路の各々の前記各素子の値と、前記音叉型圧電振動子の前記音叉形状と前記溝と前記溝の面の上に形成された前記電極の各寸法と、前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値と、前記厚みすべり圧電振動子の前記振動子形状と前記振動子形状の上面と下面の各々に形成された前記電極の各寸法と、前記厚みすべり圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値と、を決定する工程を備えている電子機器の製造方法である。【０００６】本発明の圧電発振器の製造方法の第１の態様は、少なくとも増幅器を備えた増幅回路と、圧電振動子とケースと蓋とを備えた圧電ユニットと複数のコンデンサと抵抗とを少なくとも備えた帰還回路とを備えた圧電発振回路を備えて構成される圧電発振器の製造方法で、前記増幅回路は前記圧電振動子の基本波モード振動の位相角∠α１を備え、かつ、前記圧電発振回路は∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の関係式を備え、ただし、Ａ１＝（ω１Ｒｄ１）／ａ１、Ｂ１＝ａ１Ｃｄ１−（１＋Ｒｅ１／Ｒｄ１）、ａ１＝ａ１１／ａ２１−１／Ｃｇ１、ａ１１＝（１−ω１２／ω０１２）／Ｃ０１、ａ２１＝ω１２／ω０１２−１−Ｃ１１／Ｃ０１で与えられ、ω１は前記圧電発振回路の前記圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数、ω０１は前記圧電振動子の基本波モード振動の直列共振角周波数、Ｃ１１は前記圧電振動子の基本波モード振動の等価容量、Ｃ０１は前記圧電振動子の基本波モード振動の並列容量、Ｒｄ１は前記圧電発振回路のドレイン抵抗、Ｃｇ１は前記圧電発振回路のゲート側のコンデンサの容量、Ｃｄ１は前記圧電発振回路のドレイン側のコンデンサの容量、Ｒｅ１は前記圧電振動子の基本波モード振動の実数部のインピーダンスであって、∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の関係式を得る工程と、前記位相角∠α１が１９５°〜２５０°の範囲内にあるように、前記圧電発振回路の各素子の値と、前記圧電振動子の振動子形状の寸法と、前記振動子形状の振動部に形成された溝の寸法と、前記溝の面の上に形成された電極の寸法と、前記圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値と、を決定する工程を備えている圧電発振器の製造��法である。【０００７】本発明の圧電ユニットの製造方法の第１の態様は、圧電振動子と前記圧電振動子を収納するケースと前記ケースの開口部を封止する蓋とを備えた圧電ユニットの製造方法で、前記圧電振動子は基部部分と前記基部部分に接続された少なくとも第１音叉腕と第２音叉腕を備え、屈曲モードで振動する音叉型圧電振動子で、前記基部部分と前記第１音叉腕と前記第２音叉腕を備えた音叉形状を形成する工程と、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の上面と下面の少なくとも一面に溝を形成する工程と、前記溝の面の上に電極を形成する工程と、を備え、圧電発振回路を形成するために、前記圧電ユニットの前記音叉型圧電振動子は少なくとも増幅器と複数のコンデンサと抵抗の各素子に電気的に接続され、増幅回路は少なくとも前記増幅器を備え、帰還回路は少なくとも前記圧電ユニットと前記複数のコンデンサと前記抵抗とを備えていて、前記増幅回路は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の位相角∠α１を備え、かつ、前記圧電発振回路は∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の関係式を備え、ただし、Ａ１＝（ω１Ｒｄ１）／ａ１、Ｂ１＝ａ１Ｃｄ１−（１＋Ｒｅ１／Ｒｄ１）、ａ１＝ａ１１／ａ２１−１／Ｃｇ１、ａ１１＝（１−ω１２／ω０１２）／Ｃ０１、ａ２１＝ω１２／ω０１２−１−Ｃ１１／Ｃ０１で与えられ、ω１は前記圧電発振回路の前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数、ω０１は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の直列共振角周波数、Ｃ１１は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の等価容量、Ｃ０１は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の並列容量、Ｒｄ１は前記圧電発振回路のドレイン抵抗、Ｃｇ１は前記圧電発振回路のゲート側のコンデンサの容量、Ｃｄ１は前記圧電発振回路のドレイン側のコンデンサの容量、Ｒｅ１は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の実数部のインピーダンスであって、∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の関係式を得る工程と、前記位相角∠α１が１９５°〜２５０°の範囲内にあるように、前記圧電発振回路の前記各素子の値と、前記圧電ユニットの寸法と、前記音叉型圧電振動子の前記音叉形状の寸法と、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の上面と下面の少なくとも一面に形成された前記溝の寸法と、前記溝の面の上に形成された前記電極の寸法と、前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値と、を決定する工程を備えていて、前記圧電発振回路の出力信号は電子機器の表示部に時間情報を表示するためのクロック信号である圧電ユニットの製造方法である。【０００８】本発明の圧電振動子の製造方法の第１の態様は、少なくとも振動部を備えた圧電振動子の製造方法で、前記圧電振動子は基部部分と前記基部部分に接続された少なくとも第１音叉腕と第２音叉腕を備えた音叉型圧電振動子で、前記基部部分と前記第１音叉腕と前記第２音叉腕を備えた音叉形状を形成する工程と、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の上面と下面の少なくとも一面に溝を形成する工程と、前記溝の面の上に電極を形成する工程と、を備え、圧電発振回路を形成するために、前記音叉型圧電振動子は少なくとも増幅器と複数のコンデンサと抵抗の各素子に電気的に接続され、増幅��路は少なくとも前記増幅器を備え、帰還回路は少なくとも前記音叉型圧電振動子と前記複数のコンデンサと前記抵抗とを備えていて、前記増幅回路は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の位相角∠α１を備え、かつ、前記圧電発振回路は∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の関係式を備え、ただし、Ａ１＝（ω１Ｒｄ１）／ａ１、Ｂ１＝ａ１Ｃｄ１−（１＋Ｒｅ１／Ｒｄ１）、ａ１＝ａ１１／ａ２１−１／Ｃｇ１、ａ１１＝（１−ω１２／ω０１２）／Ｃ０１、ａ２１＝ω１２／ω０１２−１−Ｃ１１／Ｃ０１で与えられ、ω１は前記圧電発振回路の前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数、ω０１は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の直列共振角周波数、Ｃ１１は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の等価容量、Ｃ０１は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の並列容量、Ｒｄ１は前記圧電発振回路のドレイン抵抗、Ｃｇ１は前記圧電発振回路のゲート側のコンデンサの容量、Ｃｄ１は前記圧電発振回路のドレイン側のコンデンサの容量、Ｒｅ１は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の実数部のインピーダンスで、∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の関係式を得る工程と、前記位相角∠α１が１９５°〜２５０°の範囲内にあるように、前記音叉形状と前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の少なくとも一面に形成された前記溝と前記溝の面の上に形成された前記電極の各々の寸法と、前記圧電発振回路のドレイン抵抗Ｒｄ１とゲート側のコンデンサの容量Ｃｇ１とドレイン側のコンデンサの容量Ｃｄ１の各々の値と、前記圧電発振回路の前記圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数ω１と、前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の直列共振角周波数ω０１と等価容量Ｃ１１と並列容量Ｃ０１と実数部のインピーダンスＲｅ１の各々の値と、を決定する工程を備えていて、前記圧電発振回路の出力信号は電子機器の表示部に時間情報を表示するためのクロック信号である圧電振動子の製造方法である。【０００９】本発明の電子機器の第１の態様は、圧電発振回路を備えた圧電発振器と、表示部と、電源とを少なくとも備えて構成される電子機器で、前記圧電発振回路は少なくとも増幅器を備えた増幅回路と、圧電振動子を備えた圧電ユニットと抵抗と複数のコンデンサとを少なくとも備えた帰還回路とを備え、前記増幅回路は前記圧電振動子の基本波モード振動の位相角∠α１を備え、前記位相角∠α１が１９０°より大きくなるように、前記圧電発振回路の各素子の値と、前記圧電振動子の振動子形状の寸法と、前記圧電振動子の上面と下面の各面に、あるいは少なくとも一面に形成された溝の寸法と、前記溝の面の上に形成された電極の寸法と、が決定されている電子機器である。
本発明の電子機器の第２の態様は、第１の態様において、前記帰還回路はドレイン抵抗とゲート側のコンデンサとドレイン側のコンデンサを備え、前記圧電発振回路は∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の関係式を備え、ただし、Ａ１＝（ω１Ｒｄ１）／ａ１、Ｂ１＝ａ１Ｃｄ１−（１＋Ｒｅ１／Ｒｄ１）、ａ１＝ａ１１／ａ２１−１／Ｃｇ１、ａ１１＝（１−ω１２／ω０１２）／Ｃ０１、ａ２１＝ω１２／ω０１２−１−Ｃ１１／Ｃ０１で与えられ、ω１は前記圧電発振回路の前記圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数、ω０１は前記圧電振動子の基本波モード振動の直列共振角周波数、Ｃ１１は前記圧電振動子の基本波モード振動の等価容量、Ｃ０１は前記圧電振動子の基本波モード振動の並列容量、Ｒｄ１は前記帰還回路の前記ドレイン抵抗、Ｃｇ１は前記帰還回路の前記ゲート側のコンデンサの容量、Ｃｄ１は前記帰還回路の前記ドレイン側のコンデンサの容量、Ｒｅ１は前記圧電振動子の基本波モード振動の実数部のインピーダンスで、前記位相角∠α１が１９５°〜２５０°の範囲内にあるように、前記圧電発振回路の前記抵抗と前記複数のコンデンサの各々の値と、前記圧電振動子の前記振動子形状の寸法と、前記溝の寸法と、前記溝の面の上に形成された前記電極の寸法と、前記圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値と、が決定されている電子機器である。【００１０】本発明の圧電発振器の第１の態様は、少なくとも増幅器を備えた増幅回路と、圧電振動子とケースと蓋とを備えた圧電ユニットと複数のコンデンサと抵抗とを少なくとも備えた帰還回路とを備えた圧電発振回路を備えて構成される圧電発振器で、前記増幅回路は前記圧電振動子の基本波モード振動の位相角∠α１を備え、かつ、前記圧電発振回路は∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の関係式を備え、ただし、Ａ１＝（ω１Ｒｄ１）／ａ１、Ｂ１＝ａ１Ｃｄ１−（１＋Ｒｅ１／Ｒｄ１）、ａ１＝ａ１１／ａ２１−１／Ｃｇ１、ａ１１＝（１−ω１２／ω０１２）／Ｃ０１、ａ２１＝ω１２／ω０１２−１−Ｃ１１／Ｃ０１で与えられ、ω１は前記圧電発振回路の前記圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数、ω０１は前記圧電振動子の基本波モード振動の直列共振角周波数、Ｃ１１は前記圧電振動子の基本波モード振動の等価容量、Ｃ０１は前記圧電振動子の基本波モード振動の並列容量、Ｒｄ１は前記圧電発振回路のドレイン抵抗、Ｃｇ１は前記圧電発振回路のゲート側のコンデンサの容量、Ｃｄ１は前記圧電発振回路のドレイン側のコンデンサの容量、Ｒｅ１は前記圧電振動子の基本波モード振動の実数部のインピーダンスであって、前記位相角∠α１が１９５°〜２５０°の範囲内にあるように、前記圧電発振回路の各素子の値と、前記圧電発振回路の前記圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数ω１と、前記圧電振動子の振動子形状の寸法と、前記振動子形状の振動部に形成された溝の寸法と、前記溝の面の上に形成された電極の寸法と、圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値と、が決定されている圧電発振器である。【００１１】本発明の圧電ユニットの第１の態様は、圧電振動子と前記圧電振動子を収納するケースと前記ケースの開口部を封止する蓋とを備えた圧電ユニットで、前記圧電振��子は、基部部分と前記基部部分に接続された少なくとも第１音叉腕と第２音叉腕を備えた音叉形状を備え、屈曲モードで振動する音叉型圧電振動子で、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の上面と下面の各々に、あるいは少なくとも一面に溝が形成され、前記溝の面の上に電極が配置されていて、圧電発振回路を形成するために、前記圧電ユニットの前記音叉型圧電振動子は少なくとも増幅器と複数のコンデンサと抵抗の各素子に電気的に接続され、増幅回路は少なくとも前記増幅器を備え、帰還回路は少なくとも前記圧電ユニットと前記複数のコンデンサと前記抵抗とを備えていて、前記増幅回路は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の位相角∠α１を備え、かつ、前記圧電発振回路は∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の関係式を備え、ただし、Ａ１＝（ω１Ｒｄ１）／ａ１、Ｂ１＝ａ１Ｃｄ１−（１＋Ｒｅ１／Ｒｄ１）、ａ１＝ａ１１／ａ２１−１／Ｃｇ１、ａ１１＝（１−ω１２／ω０１２）／Ｃ０１、ａ２１＝ω１２／ω０１２−１−Ｃ１１／Ｃ０１で与えられ、ω１は前記圧電発振回路の前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数、ω０１は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の直列共振角周波数、Ｃ１１は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の等価容量、Ｃ０１は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の並列容量、Ｒｄ１は前記圧電発振回路のドレイン抵抗、Ｃｇ１は前記圧電発振回路のゲート側のコンデンサの容量、Ｃｄ１は前記圧電発振回路のドレイン側のコンデンサの容量、Ｒｅ１は前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の実数部のインピーダンスであって、前記位相角∠α１が１９５°〜２５０°の範囲内にあるように、前記圧電発振回路の前記各素子の値と、前記圧電発振回路の前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数ω１と、前記圧電ユニットの寸法と、前記音叉型圧電振動子の前記音叉形状の寸法と、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の上面と下面の各々に、あるいは少なくとも一面に形成された前記溝の寸法と、前記溝の面の上に形成された前記電極の寸法と、前記音叉型圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値と、が決定されていて、前記圧電発振回路の出力信号は電子機器の表示部に時間情報を表示するためのクロック信号である圧電ユニットである。
【発明の効果】
【００１２】本発明の圧電発振回路の増幅回路は圧電振動子の基本波モード振動の位相角∠α１を備え、かつ、位相角∠α１が１９０°より大きくなるように、あるいは１９５°〜２５０°の範囲内にあるように、圧電発振回路の各素子の値と、圧電発振回路の圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数ω１と、圧電ユニットの寸法と、圧電振動子の振動子形状の寸法と、その振動子形状の振動部の上面と下面の各々に、あるいは少なくとも一面に形成された溝の寸法と、その溝の面の上に形成された電極の寸法と、圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値と、が決定されているので、圧電発振回路の基本波モード振動の位相特性が非常に良くなる。その結果、圧電振動子（音叉型圧電振動子又は厚みすべり圧電振動子）の基本波モード振動の発振周波数が圧電発振回路の出力信号として容易に得られるという著しい作用効果が奏される。【００１３】それに加えて、本発明の圧電発振回路は∠α１＞∠α２の関係を備えているので、圧電発振回路の基本波モード振動の位相特性が、２次高調波モード振動の位相特性より極めて良くなる。その結果、圧電振動子（音叉型圧電振動子又は厚みすべり圧電振動子）の基本波モード振動の発振周波数が圧電発振回路の出力信号として容易に得られると同時に、その発振周波数が非常に安定しているという極めて優れた作用効果が奏される。ただし、∠α２は圧電発振回路の増幅回路の圧電振動子の２次高調波モード振動の位相角である。【００１４】さらに、本発明の圧電振動子の形状により、等価直列抵抗Ｒｍ１の増加を抑えた超小型の音叉型圧電振動子が実現できる。その結果、その音叉型圧電振動子を備えた水晶ユニットの長さ寸法が１．８ｍｍより小さい（例えば、約１．６ｍｍ、あるいは約１．２ｍｍ）超小型の水晶ユニットが高品質で実現できる。この寸法は本発明によって初めてもたらされるものでありその作用効果は極めて大きなものである。また、その音叉型圧電振動子を備えた水晶ユニットの長さ寸法が１．８ｍｍより大きい（例えば、１．８ｍｍ〜３．３ｍｍの範囲内にあり、約３．２ｍｍ、あるいは約２．０ｍｍ）水晶ユニットにも適用できることは言うまでもない。【００１５】加えて、等価直列抵抗Ｒｍ１の増加を抑えた、超小型の圧電ユニットと、増幅器と、コンデンサと抵抗とを備えて圧電発振器は構成されるので、超小型の圧電発振器でありながら消費電流（Ｒｍ１に大略比例する）が従来のものと遜色ないという優れた作用効果がもたらされる。さらに、その超小型の圧電発振器を備えて構成される電子機器は電子機器の設計において自由度が増し、より多くの情報を備えた電子機器が実現できるという作用効果が奏される。【００１６】さらに、圧電発振器は線形の領域で発振する音叉型圧電振動を備えているので、エージング特性に優れる圧電発振器が得られ、そのエージング特性に優れた圧電発振器を電子機器は備えるので、信頼性に優れた電子機器が得られるという作用効果が奏される。加えて、圧電発振器においては、振動や衝撃が加えられても音叉型圧電振動子の基本波モード振動の出力信号が、２次高調波モード振動の出力信号に変化しない極めて安定した圧電発振器が得られるという作用効果が奏される。それ故、その圧電発振器を備えた電子機器は信頼性に優れ、かつ、高品質であるという作用効果がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】以下、本発明の実施の形態に係わる圧電振動子と圧電ユニットと圧電発振器と電子機器とそれらの製造方法を図面に基づき具体的に述べる。
【実施１の形態に係わる音叉型圧電振動子】
【００１８】図１は本発明の実施１の形態に係わる逆相の屈曲モードで振動する音叉型圧電振動子１００の平面図を示す。図１では、音叉腕に配置される電極と、基部部分に配置される電極とフレームに配置される電極は省略されている。音叉型圧電振動子１００は基部部分３０と、その基部部分３０に接続された音叉腕１０と音叉腕２０と、基部部分３０に接続された２個の接続部分３１と接続部分３２と、接続部分３１に接続されたフレーム３３と接続部分３２に接続されたフレーム３４とを備えて構成される。そして、音叉腕１０と音叉腕２０の各々の一端部は基部部分３０に接続されている。
【００１９】また、音叉腕１０は第１振動部１１と第２振動部１２と第３振動部１３とを少なくとも備えている。第１振動部１１は第１幅Ｗ１を少なくとも備え、第２振動部１２は第１幅Ｗ１より大きい第２幅Ｗ２を少なくとも備え、第３振動部１３は第２幅Ｗ２より大きい第３幅Ｗ３を少なくとも備えていて、第１振動部１１と第２振動部１２は接続部分１４を介して接続され、第２振動部１２と第３振動部１３は接続部分を介して接続されている。加えて、第１振動部１１の上面に溝１５が、下面に溝５５（図２参照）が形成され、第２振動部１２の上面に溝１６が、下面に溝５６（図３参照）が形成されている。同様に、音叉腕２０は第１振動部２１と第２振動部２２と第３振動部２３とを少なくとも備えている。第１振動部２１は第１幅Ｗ１を少なくとも備え、第２振動部２２は第１幅Ｗ１より大きい第２幅Ｗ２を少なくとも備え、第３振動部２３は第２幅Ｗ２より大きい第３幅Ｗ３を少なくとも備えていて、第１振動部２１と第２振動部２２は接続部分２４を介して接続され、第２振動部２２と第３振動部２３は接続部分を介して接続されている。加えて、第１振動部２１の上面に溝２５が、下面に溝６５（図２参照）が形成され、第２振動部２２の上面に溝２６が、下面に溝６６（図３参照）が形成されている。
【００２０】詳述するならば、フレーム３３が一方の接続部分３１を介して基部部分３０に接続され、フレーム３４が他方の接続部分３２を介して基部部分３０に接続される。さらに、本実施１の形態に係わる音叉型圧電振動子１００は、フレーム３３と固定フレーム３４が収納される容器の固定部に導電性接着剤又は半田等で固定される。加えて、音叉腕１０の第１振動部１１と音叉腕２０の第１振動部２１の一端部が基部部分３０に接続されている。そして、基部部分３０に接続されたその一端部の幅は幅Ｗ１より大きく形成される。すなわち、音叉腕１０の第１振動部１１と音叉腕２０の第１振動部２１の各々は２個以上の複数の異なる幅を備えている。
【００２１】さらに詳述するならば、音叉型圧電振動子１００は基部部分３０と、その基部部分３０に接続された第１音叉腕１０と第２音叉腕２０と、その基部部分３０に接続された第１接続部分３１と第２接続部分３２と、第１接続部分３１に接続された第１フレーム３３と第２接続部分３２に接続された第２フレーム３４とを備えて構成される。さらに、第１音叉腕１０と第２音叉腕２０の各々の一端部が基部部分３０に接続され、他端部が自由である音叉型圧電振動子である。また、第１接続部分３１と第２接続部分３２の各々は第１端部と第２端部を備えていて、第１接続部分３１と第２接続部分３２の各々の第１端部が基部部分３０に接続されると共に、第１接続部分３１の第２端部が第１フレーム３３の側面に接続され、かつ、第２接続部分３２の第２端部が第２フレーム３４の側面に接続されている。更に、第１フレーム３３と第２フレーム３４は音叉の叉部側と異なる音叉の外側に、第１音叉腕１０と第２音叉腕２０と共通の方向に延びて形成され、第１フレーム３３と第２フレーム３４は基部部分３０に対して互いに反対の位置にある。また、第１音叉腕１０と第２音叉腕２０は長さ寸法Ｌを有している。本発明では、Ｌ／２の位置を第１長さ部分と呼び、接続部分１４，２４は第１長さ部分より短い基部部分３０の側にある。
【００２２】さらに、第１音叉腕１０と第２音叉腕２０の第１幅Ｗ１と第２幅Ｗ２と第３幅Ｗ３との間には、Ｗ１＜Ｗ２とＷ２＜Ｗ３の関係がある。加えて、第１幅Ｗ１の溝幅をＷ１ｍ、溝の長さをＬ１ｍ、第２幅Ｗ２の溝幅をＷ２ｍ、溝の長さをＬ２ｍとすると、Ｗ１ｍ＜Ｗ２ｍで、かつ、Ｌ１ｍ＞Ｌ２ｍの第１の関係、あるいはＷ１ｍ＝Ｗ２ｍで、かつ、Ｌ１ｍ＞Ｌ２ｍの第２の関係がある。第１と第２の両方の関係で、以下の段落００２７で述べるように、等価直列抵抗Ｒｍ１が従来のものと遜色のないものが得られる。加えて、音叉型圧電振動子の電気的等価回路における直列共振周波数をｆｍ１、品質係数をＱｍ１、Ｑｍｆ＝Ｑｍ１／ｆｍ１とすると、第１と第２の両方の関係で、Ｑｍｆは小さくなる。それ故、圧電発振回路での起動特性、すなわち、電源を入れたときの立ち上がり時間ｔｒ１はＱｍｆに比例するので、立ち上がり時間ｔｒ１を短くできるという作用効果が奏される。
【００２３】さらに詳述するならば、本発明では、音叉型圧電振動子の基本波モード振動の負性抵抗の絶対値｜−ＲＬｍ１｜と、基本波モード振動の品質係数Ｑｍ１と等価直列抵抗Ｒｍ１を備えた音叉型圧電振動子を少なくとも備えて構成される圧電発振回路の電源を入れたときに、圧電発振回路の出力信号が安定となる出力信号の８０％に達したときの時間を立ち上がり時間ｔｒ１と定義される。そして、この定義の基で、第１の例として、ｔｒ１＜０．８秒の関係を得るには、４π＋５Ｑｍｆ＜４π｜−ＲＬｍ１｜／Ｒｍ１の関係により達成することができる。さらに、第２の例として、ｔｒ１＜０．５秒の関係を得るには、２π＋４Ｑｍｆ＜２π｜−ＲＬｍ１｜／Ｒｍ１の関係により達成することができる。加えて、第３の例として、ｔｒ＜０．２秒の関係を得るには、２π＋１０Ｑｍｆ＜２π｜−ＲＬｍ１｜／Ｒｍ１の関係により達成することができる。
【００２４】さらに、上記した作用効果に加えて、特に、Ｗ１ｍ＝Ｗ２ｍで、かつ、Ｌ１ｍ＞Ｌ２ｍの関係では、第１振動部の溝の側面に配置される電極とその電極に対抗して配置される電極の間の電界の強度と、第２振動部の溝の側面に配置される電極とその電極に対抗して配置される電極の間の電界の強度は異なる。それ故、音叉型圧電振動子を駆動する電荷量を音叉腕の位置で制御でき、例えば、２次高調波モード振動を抑制する電荷量にすることによって、基本波モード振動の励振を容易にすることができる作用効果が奏される。
【００２５】また、基部部分３０は幅Ｗ５を備えた第１基部部分と、幅Ｗ５より小さい幅Ｗ６を備えた第２基部部分と、幅Ｗ６より大きい幅Ｗ５を備えた第３基部部分を備えて構成されている。すなわち、第１音叉腕１０と第２音叉腕２０の各々の一端部は第１基部部分に接続されている。さらに、第２基部部分は第１基部部分と第３基部部分の間にあり、第１フレーム３３は接続部分３１を介して第３基部部分に接続され、第２フレーム３４は接続部分３２を介して第３基部部分に接続されている。加えて、接続部分３１、３２は長さＬ１を有し、Ｌ１は振動の漏れ（ここでは、振動による固定部での振動エネルギーの漏れをいう）に著しい影響を与える。それ故、振動の漏れの低減を図るために本実施１の形態では、Ｌ１は０．１８ｍｍより小さく、好ましくは、０．０１ｍｍより大きく０．０７５ｍｍより小さく、より好ましくは、０．０１５ｍｍより大きく０．０４ｍｍより小さい。また、本実施１の形態では、Ｗ５＞Ｗ６の関係を有するが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｗ５＝Ｗ６の関係も含む。次に、図１の音叉型圧電振動を駆動する音叉腕に配置される電極と、基部部分に配置される電極とフレームに配置される電極の配置について詳述する。
【００２６】図２は、図１の音叉型圧電振動子１００の音叉腕１０と音叉腕２０の第１振動部１１、２１のＡ−Ａの断面図を示す。図２において、第１振動部１１、２１の電極の配置について詳述する。音叉腕１０の第１振動部１１の上面には溝１５が、下面には溝５５が形成され、音叉腕２０の第１振動部２１の上面には溝２５が、下面には溝６５が形成されている。さらに、溝１５には電極３が配置され、溝５５には電極３と同極となる電極４が配置され、かつ、接続されている。また、溝２５には電極７が配置され、溝６５には電極７と同極となる電極８が配置され、かつ、接続されている。加えて、音叉腕１０の第１振動部１１の内側側面には電極２が配置され、その内側側面に対抗する外側側面には電極２と同極となる電極１が配置され、かつ、接続されている。同様に、音叉腕２０の第１振動部２１の内側側面には電極６が配置され、その内側側面に対抗する外側側面には電極６と同極となる電極５が配置され、かつ、接続されている。加えて、電極１、２、７、８は同極となる１電極端子を形成し、電極３、４、５、６は同極となる他の１電極端子を形成する。すなわち、２電極端子Ｅ１−Ｅ２が形成される。電極端子Ｅ１と電極端子Ｅ２は電気的極性が異なる、いわゆる互いに反対の電気的極性を有する。
【００２７】また、一例として、電極端子Ｅ１の電極は基部部分３０の面の上と接続部分３１の面の上に配置された電極を介して第１フレーム３３の面の上に配置された電極に接続され、かつ、電極端子Ｅ２の電極は基部部分３０の面の上と接続部分３２の面の上に配置された電極を介して第２フレーム３４の面の上に配置された電極に接続される。
【００２８】さらに、他の例として、電極端子Ｅ１の電極は基部部分３０の面の上と接続部分３２の面の上に配置された電極を介して第２フレーム３４の面の上に配置された電極に接続され、かつ、電極端子Ｅ２の電極は基部部分３０の面の上と接続部分３１の面の上に配置された電極を介して第１フレーム３３の面の上に配置された電極に接続される。
【００２９】図３は、図１の音叉型圧電振動子１００の音叉腕１０と音叉腕２０の第２振動部１２、２２のＢ−Ｂの断面図を示す。図３において、第２振動部１２、２２の電極の配置について詳述する。音叉腕１０の第２振動部１２の上面には溝１６が、下面には溝５６が形成され、音叉腕２０の第２振動部２２の上面には溝２６が、下面には溝６６が形成されている。さらに、溝１６には電極４３が配置され、溝５６には電極４３と同極となる電極４４が配置され、かつ、接続されている。また、溝２６には電極４７が配置され、溝６６には電極４７と同極となる電極４８が配置され、かつ、接続されている。加えて、音叉腕１０の第２振動部１２の内側側面には電極４２が配置され、その内側側面に対抗する外側側面には電極４２と同極となる電極４１が配置され、かつ、接続されている。同様に、音叉腕２０の第２振動部２２の内側側面には電極４６が配置され、その内側側面に対抗する外側側面には電極４６と同極となる電極４５が配置され、かつ、接続されている。すなわち、２電極端子Ｅ３−Ｅ４が形成される。加えて、電極端子Ｅ１と電極端子Ｅ３は同極に、電極端子Ｅ２と電極端子Ｅ４は同極になるように接続、形成されている。
【００３０】詳述するならば、音叉腕１０の第１振動部１１の外側側面の電極１は接続部分１４の面（例えば、側面及び／又は上下面）に配置された電極を介して第２振動部の外側側面の電極４１に接続されている。さらに、音叉腕１０の第１振動部１１の内側側面の電極２は接続部分１４（図４参照）の面（例えば、側面及び／又は上下面）に配置された電極を介して第２振動部の側面の電極４５に接続されている。また、音叉腕１０の第１振動部１１の溝の電極３は接続部分１４の面（例えば、溝の側面及び／又は上下面）に配置された電極を介して第２振動部の溝の電極４３に接続されている。同様に、音叉腕２０の第１振動部２１の外側側面の電極５は接続部分２４の面（例えば、側面及び／又は上下面）に配置された電極を介して第２振動部の外側側面の電極４５に接続されている。さらに、音叉腕２０の第１振動部２１の内側側面の電極６は接続部分２４の面（例えば、側面及び／又は上下面）に配置された電極を介して第２振動部の側面の電極４６に接続されている。また、音叉腕２０の第１振動部２１の溝の電極７は接続部分２４の面（例えば、溝の側面及び／又は上下面）に配置された電極を介して第２振動部の溝の電極４７に接続されている。
【００３１】次に、第１振動部と第２振動部と接続部分との関係について詳述する。図４には、音叉腕１０の溝１５を備えた第１振動部１１と溝１６を備えた第２振動部１２と接続部分１４の平面図の拡大図を示す。左側の接続部分１４と第２振動部１２の間には角度θ１を、右側の接続部分１４と第２振動部の間には角度θ２を持って接続部分１４と第２振動部１２は形成されている。本実施１に係わる形態では、角度θ１と角度θ２は化学的エッチング加工できる任意の値を持つが、好ましくは、角度θ１と角度θ２はθ１、θ２≦９０°の関係を満たすように形成される。さらに、角度θ１側で、圧電効果により接続部分が第１振動部と第２振動部と同じ方向の第１歪を引き起こし、かつ、角度θ２側で、圧電効果により接続部分が第１振動部と第２振動部と同じ方向の第２歪を引き起こし、第１歪と第２歪の方向が反対のときには、θ１、θ２＜３０°の関係が好ましいが、より好ましくは、θ１、θ２≦２０°の関係を満たすよう形成される。なお、第１振動部１１の一端部（第１端部）と接続部分１４の一端部（第１端部）が接続する点をＳ１で示し、第２振動部１２の一端部（第１端部）と接続部分１４の他端部（第２端部）が接続する点をＳ２で示す。同様に、音叉腕２０については、音叉腕１０を音叉腕２０に、溝幅１５、１６を溝幅２５，２６に、第１振動部１１を第１振動部２１に、第２振動部１２を第２振動部２２に、接続部分１４を接続部分２４にそれぞれ置き換えることによって、音叉腕２０の関係が得られる。また、角度θ１と角度θ２は音叉腕１０と同じ関係を有する。
【００３２】なお、本実施１の形態では、角度θ１と角度θ２が設けられているが、本発明はこれに限定されるものではなく、角度θ１と角度θ２のどちらか一個を各音叉腕に設けてもよい。加えて、溝１５と溝１６は繋がって形成されているが、溝１５と溝１６は分割されていてもよい。この場合には、分割された溝１５に配置された電極３は分割する面に配置された電極を介して分割された溝１６に配置された電極４３に接続される。この分割された溝と溝との電極の関係は以下に述べる溝と溝との関係にも適用できる。同様に、溝２５と溝２６は繋がって形成されているが、溝２５と溝２６は分割されていてもよい。同じことが溝５５と溝５６に言え、かつ、同じことが溝６５と溝６６にも言える。
【００３３】また、図２と図３に示した溝の断面形状は矩形をしているが、この矩形の断面形状は加工方法によって異なる形状となることは言うまでもない。すなわち、本発明はこの矩形の断面形状に限定されるものではなく、本発明は加工方法によって異なる断面の形状をも包含するものである。例えば、音叉型圧電振動子が水晶から形成された音叉型屈曲水晶振動子（音叉腕の幅方向が水晶の電気軸方向に、長さ方向が機械軸方向にそれぞれ大略一致して形成される）で、フッ酸等による化学的エッチングによって溝を形成した場合には、水晶の電気軸と垂直となる＋ｘ面と−ｘ面ではエッチング速度が異なるので、−ｘ面は溝の深さ方向に直線的に加工されるが、＋ｘ面は溝の深さ方向に傾きを持って形成され、溝の幅の半分の位置で、厚み方向に引いた中心線（溝の断面の厚み方向の中立線）に対して非対称な断面形状となる。また、音叉の叉部分から音叉腕の長さ方向に引いた線、いわゆる中心線に対して音叉腕１０と音叉腕２０は大略対称に形成される。好ましくは、完全な対称がよいが、振動子加工によるバラツキが生じるために略対称となる。
【００３４】上述したように、本実施１の形態に係わる音叉型圧電振動子１００は、基部部分３０と、基部部分３０に接続された第１音叉腕１０と第２音叉腕２０とを備えて構成され、第１音叉腕１０と第２音叉腕２０の各々の一端部が基部部分３０に接続され、他端部が自由である音叉型圧電振動子で、第１音叉腕１０は第１幅Ｗ１を備えた第１振動部１１と第１幅Ｗ１より大きい第２幅Ｗ２を備えた第２振動部１２とを少なくとも備えていて、第１振動部１１と第２振動部１２の各振動部の上面と下面の各々には溝が形成されると共に、第１振動部１１の側面と第２振動部１２の側面は接続部分１４の側面を介して接続され、接続部分１４は第１音叉腕１０の第１長さ部分（半分の長さ（Ｌ／２））より短い基部部分３０の側にあり、かつ、第２音叉腕２０は第１幅Ｗ１を備えた第１振動部２１と第１幅Ｗ１より大きい第２幅Ｗ２を備えた第２振動部２２とを少なくとも備えていて、第１振動部２１と第２振動部２２の各振動部の上面と下面の各々には溝が形成されると共に、第１振動部２１の側面と第２振動部２２の側面は接続部分２４の側面を介して接続され、接続部分２４は第２音叉腕２０の第１長さ部分（半分の長さ（Ｌ／２））より短い基部部分３０の側にあるように構成されている。この構成により、より小型化しても、基本波モード振動の等価直列抵抗Ｒｍ１の増加を抑えた音叉型圧電振動子が得られることを次に説明する。
【００３５】まず、等価直列抵抗Ｒｍ１を求める関係式を示す。次に、本実施１に係わる形態の音叉型圧電振動子の振動子サイズと等価直列抵抗との関係を従来のものと比較して説明する。以下順次説明する。音叉型圧電振動子の電気的等価回路の基本波モード振動の等価インダクタンスをＬｍ１、音叉腕の最大振幅Ｄと最大振幅電圧Ｖ０との間の比例係数をｋａ１とすると、等価直列抵抗Ｒｍ１はＲｍ１＝（Ｌｍ１／ｋｂ１）１／２／ｋａ１で与えられる。但し、ｋｂ１は音叉腕の厚みを一定とすると、音叉腕の面積Ｓ（＝音叉腕の幅Ｗｘ音叉腕の長さ）に比例する。この関係により等価直列抵抗Ｒｍ１を求めることができる。また、特許文献１の重りの効果を備えた形状で、かつ、長さ２ｍｍの圧電ユニットに収納される音叉型圧電振動子を振動子１とし、また本実施１に係わる形態の音叉型圧電振動子を振動子２としたときの振動子１の等価直列抵抗で規格化した等価直列抵抗Ｒｎと振動子１の音叉腕の長さで規格化した音叉腕の長さＬｎとの関係を図７に示す。すなわち、振動子１のＲｎ＝１とＬｎ＝１に対する振動子２のＲｎとＬｎとの関係である。したがって、振動子１の（Ｒｎ、Ｌｎ）を（１．０、１．０）（点Ｐ１）とすると、振動子１に対する振動子２の（Ｒｎ、Ｌｎ）は（１．２３、０．８２）（点Ｑ１）となる。換言するならば、振動子１の等価直列抵抗と音叉腕の長さとを比較して、振動子２の等価直列抵抗は２３％と若干増加するが、それ以上に音叉腕の長さを１８％と著しく短くすることができる。このように、本発明の振動子２は従来の振動子１と遜色のない等価直列抵抗を備え、かつ、圧電ユニットの長さを短くできるので、１．８ｍｍより小さい超小型の圧電ユニットが実現できるという作用効果が奏される。
【００３６】なお、本実施１に係わる形態の音叉型圧電振動子はＷ２＜Ｗ３の関係を備えているが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｗ２＝Ｗ３の関係をも包含するものである。また、接続部分１４と接続部分２４は音叉腕の第１長さ部分より短い基部部分３０の側にあるように形成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、図６で詳述されるように、それら接続部分は音叉腕の第１長さ部分より長い先端部分の側に、または第１長さ部分に等しくなるように形成しても同様の効果が得られる。
【実施２の形態に係わる音叉型圧電振動子】
【００３７】図５は本発明の実施２の形態に係わる逆相の屈曲モードで振動する音叉型圧電振動子１２０の平面図を示す。図５では、音叉腕に配置される電極と、基部部分に配置される電極とフレームに配置される電極は省略されている。音叉型圧電振動子１２０は基部部分９０と、その基部部分９０に接続された音叉腕７０と音叉腕８０と、基部部分９０に接続された２個の接続部分９１と接続部分９２と、接続部分９１に接続されたフレーム９３と接続部分９２に接続されたフレーム９４とを備えて構成される。音叉腕７０と音叉腕８０の各々の一端部は基部部分９０に接続されている。また、音叉腕７０は第１振動部７１と第２振動部７２と第３振動部７３と第４振動部７４と第５振動部７５とを少なくとも備えている。第１振動部７１は第１幅Ｗ１１を少なくとも備え、第２振動部７２は第２幅Ｗ２２を少なくとも備え、第３振動部７３は第３幅Ｗ３３を少なくとも備え、第４振動部７４は第４幅Ｗ４４を少なくとも備え、第５振動部７５は第５幅Ｗ５５を少なくとも備えていて、第１振動部７１と第２振動部７２は図１と同じように接続部分を介して接続されている。加えて、第２振動部７２と第３振動部７３の接続、及び第３振動部７３と第４振動部７４の接続も図１と同じように接続部分を介して接続される。加えて、第１振動部７１の上面に溝７６が、第２振動部７２の上面に溝７７が、第３振動部７３の上面に溝７８が、第４振動部７４の上面に溝７９が形成されている。
【００３８】音叉腕７０と同じ様に、音叉腕８０は第１幅Ｗ１１を少なくとも備えた第１振動部８１と、第２幅Ｗ２２を少なくとも備えた第２振動部８２と、第３幅Ｗ３３を少なくとも備えた第３振動部８３と、第４幅Ｗ４４を少なくとも備えた第４振動部８４と、第５幅Ｗ５５を少なくとも備えた第５振動部８５とを少なくとも備えている。第１振動部８１と第２振動部８２は図１と同じように接続部分を介して接続されている。また、第２振動部８２と第３振動部８３の接続、及び第３振動部８３と第４振動部８４の接続も図１と同じように接続部分を介して接続される。加えて、第１振動部８１の上面に溝８６が、第２振動部８２の上面に溝８７が、第３振動部８３の上面に溝８８が、第４振動部８４の上面に溝８９が形成されている。さらに、図示されていないが、音叉腕７０と音叉腕８０の上面に形成された溝に対抗して音叉腕の下面にも溝が形成されている。また、各腕幅は、Ｗ１１＜Ｗ２２＜Ｗ３３＜Ｗ４４＜Ｗ５５の関係を有する。なお、本発明での各振動部の幅とは各振動部の最も小さい幅のことをいう。
【００３９】このように、本実施２の形態に係わる音叉型圧電振動子では、互いに異なる幅を備えた３個の振動部が第１長さ部分より短い基部部分の側にあるが、本発明は上記３個の振動部に限定されるものではなく、互いに異なる幅を備えた３個より多い振動部を第１長さ部分より短い基部部分の側に形成してもよい。そして、好ましくは、基部部分９０に接続される振動部の幅が他の振動部の幅より小さく形成される。加えて、互いに異なる幅を備えた３個の振動部が第１長さ部分より長い先端部分の側にあるが、本発明は上記３個の振動部に限定されるものではなく、互いに異なる幅を備えた３個より多い振動部を第１長さ部分より長い先端部分の側に形成してもよい。すなわち、互いに異なる幅を備えた複数個の振動部が第１長さ部分より長い先端部分の側に形成され、かつ、複数個の振動部の内の少なくとも１個の振動部の上下面に溝が形成されている。そして、好ましくは、先端部分の振動部（振動部Ａという）の幅が基部部分９０に接続された幅Ｗ１１より大きく形成されるか、あるいは先端部の振動部Ａに接続される振動部（振動部Ｂという）の幅が基部部分９０に接続された幅Ｗ１１より大きく形成される。
【００４０】上述したように、本実施２の形態に係わる音叉型圧電振動子１２０は、基部部分９０と、基部部分９０に接続された第１音叉腕７０と第２音叉腕８０とを備えて構成され、第１音叉腕７０と第２音叉腕８０の各々の一端部が基部部分９０に接続され、他端部が自由である音叉型圧電振動子で、第１音叉腕７０は第１幅Ｗ１１を備えた第１振動部７１と、第１幅Ｗ１１より大きい第２幅Ｗ２２を備えた第２振動部７２と、第２幅Ｗ２２より大きい第３幅Ｗ３３を備えた第３振動部７３と、第３幅Ｗ３３より大きい第４幅Ｗ４４を備えた第４振動部７４と、第４幅Ｗ４４より大きい第５幅Ｗ５５を備えた第５振動部７５とを少なくとも備えていて、第１振動部７１と第２振動部７２と第３振動部７３と第４振動部７４の各振動部の上面と下面の各々には溝が形成されると共に、第１振動部７１の側面と第２振動部７２の側面は接続部分（接続部分Ｓ１２という）の側面を介して接続され、第２振動部７２の側面と第３振動部７３の側面は接続部分（接続部分Ｓ２３という）の側面を介して接続され、第３振動部７３の側面と第４振動部７４の側面は接続部分（接続部分Ｓ３４という）の側面を介して接続され、第４振動部７４の側面と第５振動部７５の側面は接続部分（接続部分Ｓ４５という）の側面を介して接続されていて、接続部分Ｓ１２と接続部分Ｓ２３は第１音叉腕７０の第１長さ部分より短い基部部分９０の側にある。加えて、接続部分Ｓ３４と接続部分Ｓ４５は第１長さ部分より長い先端部分の側にある。
【００４１】第１音叉腕７０と同じ様に、第２音叉腕８０は第１幅Ｗ１１を備えた第１振動部８１と、第１幅Ｗ１１より大きい第２幅Ｗ２２を備えた第２振動部８２と、第２幅Ｗ２２より大きい第３幅Ｗ３３を備えた第３振動部８３と、第３幅Ｗ３３より大きい第４幅Ｗ４４を備えた第４振動部８４と、第４幅Ｗ４４より大きい第５幅Ｗ５５を備えた第５振動部８５とを少なくとも備えていて、第１振動部８１と第２振動部８２と第３振動部８３と第４振動部８４の各振動部の上面と下面の各々には溝が形成されると共に、第１振動部８１の側面と第２振動部８２の側面は接続部分（接続部分Ｓ１２という）の側面を介して接続され、第２振動部８２の側面と第３振動部８３の側面は接続部分（接続部分Ｓ２３という）の側面を介して接続され、第３振動部８３の側面と第４振動部８４の側面は接続部分（接続部分Ｓ３４という）の側面を介して接続され、第４振動部８４の側面と第５振動部８５の側面は接続部分（接続部分Ｓ４５という）の側面を介して接続されていて、接続部分Ｓ１２と接続部分Ｓ２３は第２音叉腕８０の第１長さ部分より短い基部部分９０の側にある。加えて、接続部分Ｓ３４と接続部分Ｓ４５は第１長さ部分より長い先端部分の側にある。すなわち、互いに異なる幅を備えた少なくとも２個の振動部が第１長さ部分より短い基部部分９０の側にあり、互いに異なる幅を備えた少なくとも２個の振動部が第１長さ部分より長い先端部分の側にある。
【実施３の形態に係わる音叉型圧電振動子】
【００４２】図６は本発明の実施３の形態に係わる逆相の屈曲モードで振動する音叉型圧電振動子１４０の平面図を示す。図６では、音叉腕に配置される電極と、基部部分に配置される電極とフレームに配置される電極は省略されている。音叉型圧電振動子１４０は基部部分１７０と、その基部部分１７０に接続された音叉腕１５０と音叉腕１６０と、基部部分１７０に接続された２個の接続部分１７１と接続部分１７２と、接続部分１７１に接続されたフレーム１７３と接続部分１７２に接続されたフレーム１７４とを備えて構成される。音叉腕１５０と音叉腕１６０の各々の一端部は基部部分１７０に接続されている。また、音叉腕１５０は第１振動部１５１と第２振動部１５２と第３振動部１５３とを少なくとも備えている。第１振動部１５１は第１幅Ｗ１０を少なくとも備え、第２振動部１５２は第２幅Ｗ２０を少なくとも備え、第３振動部１５３は第３幅Ｗ３０を少なくとも備えていて、第１振動部１５１と第２振動部１５２は図１と同じように接続部分を介して接続されている。加えて、第２振動部１５２と第３振動部１５３の接続も接続部分を介して接続される。加えて、第１振動部１５１の上面に溝１５４が、第２振動部１５２の上面に溝１５５が形成されている。さらに、図示されていないが、第１振動部１５１の下面と第２振動部１５２の下面にも溝が形成されている。
【００４３】音叉腕１５０と同じ様に、音叉腕１６０は第１振動部１６１と第２振動部１６２と第３振動部１６３とを少なくとも備えている。第１振動部１６１は第１幅Ｗ１０を少なくとも備え、第２振動部１６２は第２幅Ｗ２０を少なくとも備え、第３振動部１６３は第３幅Ｗ３０を少なくとも備えていて、第１振動部１６１と第２振動部１６２は図１と同じように接続部分を介して接続されている。加えて、第２振動部１６２と第３振動部１６３の接続も接続部分を介して接続される。加えて、第１振動部１６１の上面に溝１６４が、第２振動部１６２の上面に溝１６５が形成されている。
【００４４】さらに、図示されていないが、第１振動部１６１の下面と第２振動部１６２の下面にも溝が形成されている。また、各腕幅は、Ｗ１０＜Ｗ２０＜Ｗ３０の関係を有する。さらに、第２振動部１５２、１６２の長さをＬ２０、その第２振動部１５２、１６２に形成された溝の長さをＬ２ｇとすると、Ｌ２ｇ＜Ｌ２０、又はＬ２ｇ＝Ｌ２０の関係がある。加えて、第３振動部１５３、１６３の長さをＬ３０とすると、Ｌ２ｇ＜Ｌ３０、又はＬ２０＜Ｌ３０、又はＬ２０＝Ｌ３０の関係がある。さらに、第１振動部の溝幅をＷ１０ｍ、第２振動部の溝幅をＷ２０ｍとすると、Ｗ１０ｍ＜Ｗ２０ｍ又はＷ１０ｍ＝Ｗ２０ｍ又はＷ１０ｍ＞Ｗ２０ｍの関係がある。また、Ｗｈ１２はＷｈ１２＝Ｗ２０／Ｗ１０で定義され、Ｗｈ２３はＷｈ２３＝Ｗ３０／Ｗ２０で定義されるとき、Ｗｈ１２とＷｈ２３の各々は１．０６より大きく、好ましくは、１．０８〜３．０の範囲内に、より好ましくは、１．２〜２．７の範囲内にある。その結果、第１振動部と第２振動部の溝の効果と第３振動部の重りの効果により、等価直列抵抗Ｒｍ１の増加を抑えた超小型の音叉型圧電振動子が得られる。
【００４５】このように、本実施３の形態に係わる音叉型圧電振動子では、互いに異なる幅を備えた３個の振動部が第１長さ部分より長い先端部分の側にあるが、本発明は上記３個の振動部に限定されるものではなく、互いに異なる幅を備えた３個より多い振動部を第１長さ部分より長い先端部分の側に形成してもよい。そして、好ましくは、互いに異なる幅を備えた少なくとも２個の振動部の上面と下面に溝が形成される。さらに、第１振動部１５１、１６１と第２振動部１５２、１６２には図１で示したと同様の電極が配置されている。すなわち、２電極端子を形成する。
【００４６】加えて、第３振動部１５３、１６３の上面と下面の少なくとも一面に周波数調整用の金属の重りが形成されている。その重りの厚みは０．２μｍより厚く、好ましくは、０．５μｍから３．２μｍの範囲内に、より好ましくは、０．７５μｍから２．６μｍの範囲内にある。また、図６に示すように、第１振動部１５１、１６１と第２振動部１５２、１６２と第３振動部１５３、１６３の各々は、長さ方向に一定の幅を少なくとも備えて構成されている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明は第１振動部と第２振動部と第３振動部の各々、あるいは少なくとも１個の振動部が、音叉先端部に向かって徐々に広がる、あるいは狭くなる形状をも包含するものである。
【００４７】上述したように、本実施３の形態に係わる音叉型圧電振動子１４０は、基部部分１７０と、基部部分１７０に接続された第１音叉腕１５０と第２音叉腕１６０とを備えて構成され、第１音叉腕１５０と第２音叉腕１６０の各々の一端部が基部部分１７０に接続され、他端部が自由である音叉型圧電振動子で、第１音叉腕１５０は第１幅Ｗ１０を備えた第１振動部１５１と、第１幅Ｗ１０より大きい第２幅Ｗ２０を備えた第２振動部１５２と、第２幅Ｗ２０より大きい第３幅Ｗ３０とを少なくとも備えていて、第１振動部１５１と第２振動部１５２の各振動部の上面と下面の各々には溝が形成されると共に、第１振動部１５１の側面と第２振動部１５２の側面は接続部分（接続部分Ｓ１２という）の側面を介して接続され、第２振動部１５２の側面と第３振動部１５３の側面は接続部分（接続部分Ｓ２３という）の側面を介して接続されていて、接続部分Ｓ１２と接続部分Ｓ２３は第１音叉腕１５０の第１長さ部分より長い先端部分の側にある。
【００４８】第１音叉腕１５０と同じ様に、第２音叉腕１６０は第１幅Ｗ１０を備えた第１振動部１６１と、第１幅Ｗ１０より大きい第２幅Ｗ２０を備えた第２振動部１６２と、第２幅Ｗ２０より大きい第３幅Ｗ３０とを少なくとも備えていて、第１振動部１６１と第２振動部１６２の各振動部の上面と下面の各々には溝が形成されると共に、第１振動部１６１の側面と第２振動部１６２の側面は接続部分（接続部分Ｓ１２という）の側面を介して接続され、第２振動部１６２の側面と第３振動部１６３の側面は接続部分（接続部分Ｓ２３という）の側面を介して接続されていて、接続部分Ｓ１２と接続部分Ｓ２３は第２音叉腕１６０の第１長さ部分より長い先端部分の側にある。
【００４９】例えば、音叉型圧電振動子１４０は第２長さ部分（３Ｌ／５の位置）と、第３長さ部分（５Ｌ／７）と第４長さ部分（３Ｌ／４の位置）を備えていて、音叉型圧電振動子１４０の第２振動部１５２、１６２の各々は第２長さ部分と第４長さ部分の間にある。好ましくは、第２長さ部分と第３長さ部分の間にある。
【００５０】次に、本実施３に係わる形態の音叉型圧電振動子の振動子サイズと等価直列抵抗との関係を従来のものと比較して説明する。特許文献１の重りの効果を備えた形状で、かつ、長さ２ｍｍの圧電ユニットに収納される音叉型圧電振動子を振動子１とし、また本実施３に係わる形態の音叉型圧電振動子を振動子３としたときの振動子１の等価直列抵抗で規格化した等価直列抵抗Ｒｎと振動子１の音叉腕の長さで規格化した音叉腕の長さＬｎとの関係を図８に示す。すなわち、振動子１のＲｎ＝１とＬｎ＝１に対する振動子３のＲｎとＬｎとの関係である。したがって、振動子１の（Ｒｎ、Ｌｎ）を（１．０、１．０）（点Ｐ２）とすると、振動子１に対する振動子３の（Ｒｎ、Ｌｎ）は（１．２９、０．７７）（点Ｑ２）となる。
【００５１】換言するならば、振動子１の等価直列抵抗と音叉腕の長さと比較して、振動子３の等価直列抵抗は２９％増加するが、音叉腕の長さは２３％短くなる。このように、振動子３の等価直列抵抗は振動子１の等価直列抵抗より若干増加するが、それにもまして、音叉腕の長さを２３％短くできるという極めて優れた作用効果が奏される。その結果、圧電ユニットの長さが１．８ｍｍ以下の超小型の圧電ユニットが実現できる。例えば、圧電ユニットの長さが１．５ｍｍ〜１．７５ｍｍの範囲内に、あるいは１．０ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲内にある。それと同時に、その圧電ユニットを備えた圧電発振器が実現できるという作用効果が同時にもたらされる。さらに特筆すべきことは、圧電発振器の増幅器を従来のものを変更せずに使用できることである。
【００５２】なお、本実施３の形態に係わる音叉型圧電振動子１４０では、基部部分１７０に接続される音叉腕１５０、１６０の第１振動部１５１、１６１の一端部の幅は第１振動部の幅Ｗ１０より大きく形成される。この関係は本発明の他の音叉型圧電振動子にも適用される。
【００５３】さらに、本実施３の形態に係わる音叉型圧電振動子１４０では、接続部分Ｓ１２は各音叉腕の第１長さ部分より長い先端部分の側にあるが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の接続部分Ｓ１２は第１長さ部分と等しい位置にあってもよい。さらに詳述するならば、図４で述べたように、例えば、角度θ１と角度θ２はθ１、θ２＝９０°の関係を満たすように形成されるときには、接続部分のＳ１とＳ２は第１長さ部分と同じ長さの位置にある。また、θ１、θ２＜９０°の関係のときには、第１長さ部分は接続部分のＳ１とＳ２の間にあるか、接続部分のＳ１は第１長さ部分と同じ長さの位置にあるか、あるいは接続部分のＳ２は第１長さ部分と同じ長さの位置にある。加えて、θ１、θ２＞９０°の関係のときには、接続部分のＳ１は第１長さ部分と同じ長さの位置にあり、本発明は上記関係を全て包含するものである。
【００５４】また、本実施３の形態に係わる音叉型圧電振動子１４０では、各腕幅は、Ｗ１０＜Ｗ２０＜Ｗ３０の関係を有するが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｗ１０＜Ｗ２０＝Ｗ３０の関係も本発明に含まれる。加えて、Ｗ１０＜Ｗ２０＝Ｗ３０の関係のときには、第２振動部に溝が形成される部分（溝の長さＬ２ｇ）と溝のない部分（Ｌｎｇ）が存在する。それ故、本発明はＬ２ｇ＜Ｌｎｇ、又はＬ２ｇ＝Ｌｎｇ、又はＬ２ｇ＞Ｌｎｇの関係を含むが、特に重り効果を必要とするときには、Ｌ２ｇ＜Ｌｎｇの関係が好ましく、特に等価直列抵抗Ｒｍ１の低下を必要とするときには、Ｌ２ｇ＞Ｌｎｇの関係が好ましい。
【実施１の形態に係わる圧電ユニット】
【００５５】図９は本発明の実施１の形態に係わる圧電ユニット３００の平面図である。表面実装型のケース３１０には固定部３０５と固定部３０６が設けられている。また、圧電ユニット３００はすでに述べた実施１の形態に係わる音叉型圧電振動子１００とケース３１０と蓋（図示されていない）とを備えて構成されている。更に詳述するならば、音叉型圧電振動子１００のフレーム３３とフレーム３４はケース３１０に設けられた固定部３０５と固定部３０６にそれぞれ導電性接着剤３１５と導電性接着剤３１６や半田によって固定される。又、ケース３１０と蓋は金属やガラスなどの接合部材を介して接合される。すなわち、音叉型圧電振動子１００と、その音叉型圧電振動子を収納するケースと、そのケースの開口部をカバーする蓋とを備えて圧電ユニットは構成される。また、固定部は蓋に設けても良い。蓋はガラスまたは金属またはガラスと金属で作られている。
【００５６】さらに詳述するならば、ケース３１０は第１固定部３０５と第２固定部３０６とを備え、第１固定部３０５と第２固定部３０６は第１音叉腕１０（図１参照）と第２音叉腕２０（図１参照）に対して互いに反対の位置にあって、音叉型圧電振動子１００の第１フレーム３３は第１固定部３０５に固定され、かつ、その第２フレーム３４は第２固定部３０６に固定され、第１フレーム３３の面の上に配置された電極（図示されていない）は、第１固定部３０５の面の上に配置された電極（図示されていない）に接続され、かつ、第２フレーム３４の面の上に配置された電極（図示されていない）は、第２固定部３０６の面の上に配置された電極（図示されていない）に接続される。また、第１フレーム３３の面の上に配置された電極と第２フレーム３４の面の上に配置された電極とは電気的極性が異なる。
【００５７】この実施１の形態では、第１フレーム３３は第１固定部３０５に導電性接着剤３１５によって固定されると共に、第１フレーム３３の面の上に配置された電極は、導電性接着剤３１５を介して第１固定部の面の上に配置された電極に接続される。すなわち、導電性接着剤３１５によって第１フレーム３３の固定と、第１フレーム３３の電極と第１固定部の電極との接続を同時に行う。同様に、第２フレーム３４は第２固定部３０６に導電性接着剤３１６によって固定されると共に、第２フレーム３４の面の上に配置された電極は、導電性接着剤３１６を介して第２固定部の面の上に配置された電極に接続される。すなわち、導電性接着剤３１６によって第２フレーム３４の固定と、第２フレーム３４の電極と第２固定部の電極との接続を同時に行う。
【実施１の形態に係わる圧電発振器】
【００５８】図１０は本発明の実施１の形態に係わる圧電発振器を構成する圧電発振回路図の一例である。圧電発振回路２０１は増幅器２０２（ＣＭＯＳインバータ）と、帰還抵抗２０４と、ドレイン抵抗２０７と、コンデンサ２０５，２０６と圧電振動子２０３を備えて構成されている。すなわち、圧電発振回路２０１は増幅器２０２と帰還抵抗２０４とを備えて構成される増幅回路２０８と、ドレイン抵抗２０７とコンデンサ２０５とコンデンサ２０６（複数のコンデンサ、負荷容量ＣＬ＜１５ｐＦ、好ましくは、ＣＬ＜１３ｐＦ）とケースに固定された圧電振動子２０３（圧電ユニット）とを備えて構成される帰還回路２０９とを備えて構成される。また、ドレイン抵抗２０７の値によって、圧電振動子を駆動するエネルギーの大きさを変えることができる。
【００５９】それ故、圧電発振器の時間による周波数変化を小さくするために、いわゆるエージング特性を良くするために、圧電振動子は線形の領域内で駆動される。例えば、圧電振動子が音叉型圧電振動子の場合には、本発明の小型化された音叉型圧電振動子を線形の領域内で駆動するためには、音叉型圧電振動子の基本波モード振動の先端振幅が３μｍ〜１８μｍの範囲内に、好ましくは、３μｍ〜１４μｍの範囲内にあることによって達成できる。その先端振幅を得るために、圧電発振回路に用いられるドレイン抵抗は５０ｋΩより大きく、好ましくは、８０ｋΩから５００ｋΩの範囲内に、より好ましくは、１００ｋΩから３８０ｋΩの範囲内にある。その結果、本発明の音叉型圧電振動子は線形の領域内で駆動されるので、エージング特性に優れた圧電発振器が得られるという作用効果が奏される。
【００６０】また、圧電発振回路の増幅回路の位相角を∠α、帰還回路の位相角を∠βとすると、圧電発振回路の発振の位相条件は∠α＋∠β＝２ｎπで表せる。ただし、ｎは整数である。本発明の圧電発振回路ではドレイン抵抗による最適なドライブ特性を得るために、圧電発振回路の増幅回路の位相角∠αが１８０°より大きく、及び／又は、帰還回路の位相角∠βが１８０°より小さくなるように、増幅回路と帰還回路は構成されている。すなわち、増幅回路と帰還回路の各素子は決定されている。換言するならば、増幅回路と帰還回路の各素子を決定する工程を備えている。
【００６１】例えば、増幅回路の位相角∠αが１９０°より大きく、及び／又は、帰還回路の位相角∠βが１７０°より小さくなるように、増幅回路と帰還回路は構成されている。すなわち、増幅回路と帰還回路の各素子は決定される。好ましくは、増幅回路の位相角∠αが１９５°〜２５０°の範囲内に、及び／又は、帰還回路の位相角∠βが１１０°〜１６５°の範囲内にある。より好ましくは、増幅回路の位相角∠αが２００°〜２４０°の範囲内に、及び／又は、帰還回路の位相角∠βが１２０°〜１６０°の範囲内にある。この圧電発振回路の構成によりドレイン抵抗による最適なドライブ特性を得ることができる。と同時に、ドレイン抵抗の値を変えると圧電発振回路の出力信号の周波数を可変することができるので、最適な出力信号の周波数を得ることができるという作用効果が奏される。
【００６２】一例として、圧電発振回路２０１は１０ＭΩの帰還抵抗２０４を備えた増幅回路２０８と、基本波モード振動で、かつ、基準周波数が３２．７６８ｋＨｚの音叉型圧電振動子（並列容量Ｃ０＝１．０３ｘ１０−１２Ｆ、等価容量Ｃ１＝３．３ｘ１０−１５Ｆ、等価直列抵抗Ｒ１＝５５ｋΩ）を備えた圧電ユニット２０３と１０ｐＦのコンデンサ２０５と１０ｐＦのコンデンサ２０６の各コンデンサとドレイン抵抗２０７とを備えた帰還回路２０９とを少なくとも備えていて、ドレイン抵抗２０７が３００ｋΩ〜４９０ｋΩと変化すると、３２．７６８ｋＨｚの基準周波数に対して、出力信号の周波数は約１３０ｐｐｍ変化する。
【００６３】このように、ドレイン抵抗の値により出力信号の周波数が著しく変化するので、圧電発振回路の出力信号の周波数が基準周波数３２．７６８ｋＨｚに対して、周波数偏差が−１００ｐｐｍ〜＋１００ｐｐｍの範囲内にある圧電発振回路を得るには、圧電発振回路を構成するときに、ドレイン抵抗の値を当然考慮する必要があることが分かる。換言するならば、圧電発振回路を備えた圧電発振器とその圧電発振器を備えた電子機器の製造方法では、圧電発振回路の出力信号の周波数が基準周波数３２．７６８ｋＨｚに対して、周波数偏差が−１００ｐｐｍ〜＋１００ｐｐｍの範囲内にあるように、圧電発振回路の増幅回路と帰還回路の各素子の値は決定され、かつ、音叉型圧電振動子の発振周波数は調整される。すなわち、圧電発振回路の増幅回路と帰還回路の各素子の値を決定する工程と音叉型圧電振動子の発振周波数を調整する工程を備えている。
【００６４】また、上記関係式を一般式で表示すると、圧電振動子を備えた圧電発振回路の増幅回路の位相角を∠αｉ、帰還回路の位相角を∠βｉとすると、圧電発振回路の発振の位相条件は∠αｉ＋∠βｉ＝２ｎπ（式（１）という）で表せる。ただし、ｉ＝１のとき、圧電振動子の基本波モード振動の場合で、ｉ＝２のとき、圧電振動子の２次高調波モード振動の場合で、ｎは整数である。それ故、ｎ＝１のとき、増幅回路の位相角∠αｉは∠αｉ＝２π−∠βｉ、で、あるいは、帰還回路の位相角∠βｉは∠βｉ＝２π−∠αｉで表すことができる。この表示を用いると、上記位相角∠αと∠βはそれぞれ、∠α＝∠α１、∠β＝∠β１となる。本発明の圧電発振器を構成する圧電発振回路では、∠αｉ＞∠βｉの関係を備えている。例えば、圧電振動子が音叉型圧電振動子の場合には、ｉ＝１のとき、音叉型圧電振動子の基本波モード振動の場合で、ｉ＝２のとき、音叉型圧電振動子の２次高調波モード振動の場合である。
【００６５】さらに、圧電発振回路での基本波モード振動におけるドレイン抵抗と負荷容量の変化に対する発振周波数の変化が、２次高調波モード振動におけるドレイン抵抗と負荷容量の変化に対する発振周波数の変化より大きくするために、換言するならば、圧電発振回路での基本波モード振動の電気機械変換効率が２次高調波モード振動の電気機械変換効率より良くするために、基本波モード振動での増幅回路の位相角∠α１は２次高調波モード振動の増幅回路の位相角∠α２より大きく決定されている。すなわち、∠α１＞∠α２の関係を備えている。その結果、基本波モードの発振の位相特性が、２次高調波モードの発振の位相特性より良くなると共に、圧電発振回路に振動や衝撃が加わっても基本波モードの発振が２次高調波モードの発振に移ることなく、基本波モードで非常に安定して発振する圧電発振回路を得ることができるという作用効果がもたらされる。
【００６６】それ故、本発明の圧電振動子と圧電ユニットと圧電発振器と電子機器の各製造方法では、圧電発振回路の増幅回路の位相角∠α（＝∠α１）が１９０°より大きく、及び／又は、帰還回路の位相角∠β（＝∠β１）が１７０°より小さくなるように、増幅回路と帰還回路の各素子を決定する工程を備えている。好ましくは、増幅回路の位相角∠α（＝∠α１）が１９５°〜２５０°の範囲内に、及び／又は、帰還回路の位相角∠β（＝∠β１）が１１０°〜１６５°の範囲内にあるように、増幅回路と帰還回路の各素子の値を決定する工程を備えている。より好ましくは、増幅回路の位相角∠α（＝∠α１）が２００°〜２４０°の範囲内に、及び／又は、帰還回路の位相角∠β（＝∠β１）が１２０°〜１６０°の範囲内にあるように、増幅回路と帰還回路の各素子の値を決定する工程を備えている。加えて、∠αｉ＞∠βｉの関係が得られるように、増幅回路と帰還回路の各素子の値を決定する工程を備えている。
【００６７】さらに詳細には、本発明の圧電発振回路は増幅回路と帰還回路を備えて構成されていて、増幅回路は少なくとも増幅器から構成され、帰還回路は少なくとも圧電振動子とコンデンサとを備えて構成されている。又、本発明の圧電発振器の圧電発振回路に用いられる圧電振動子は、例えば、実施１から実施３の形態に係わる音叉型圧電振動子が用いられ、その音叉型圧電振動子は容器（ユニット）内に収納された、いわゆる、圧電ユニットが圧電発振回路に用いられる。そして、本発明の圧電発振器の出力信号は電子機器の表示部に時間情報を表示するためのクロック信号として用いられる。そのクロック信号は音叉型圧電振動子の基本波モード振動の発振周波数を備え、かつ、その発振周波数は３２．７６８ｋＨｚの基準周波数に対して−１００ｐｐｍ〜＋１００ｐｐｍの範囲内にある周波数偏差を備えている。
【００６８】また、本発明の圧電発振器の圧電発振回路に用いられる圧電振動子は、上記実施１から上記実施３の形態に係わる音叉型圧電振動子に限定されるものでなく、上記音叉型圧電振動子以外の色々な形状と色々な電気的特性を備えた音叉型圧電振動子、あるいは任意の形状を備えた圧電振動子を用いてもよいことはいうまでもない。
【００６９】さらに、圧電発振回路２０１の増幅回路２０８の位相角∠αｉは、ｔａｎ∠αｉ＝Ａｉ×Ｂｉ（式（２）という）の関係式から算出される。すなわち、∠αｉ＝ａｒｃｔａｎ（Ａｉ×Ｂｉ）で与えられる。ただし、Ａｉ＝（ωｉＲｄ）／ａｉ、Ｂｉ＝ａｉＣｄ−（１＋Ｒｅｉ／Ｒｄ）、ａｉ＝ａ１ｉ、／ａ２ｉ−１／Ｃｇ、ａ１ｉ＝（１−（ωｉ２／ω０ｉ２））／Ｃ０ｉ、ａ２ｉ＝ωｉ２／ω０ｉ２−１−Ｃ１ｉ、／Ｃ０ｉで与えられ、ωｉは圧電発振回路の圧電振動子の発振の角周波数、ω０ｉは圧電振動子の直列共振角周波数、Ｃ１ｉは圧電振動子の等価容量、Ｃ０ｉは圧電振動子の並列容量、Ｒｄは圧電発振回路のドレイン抵抗、Ｃｇは圧電発振回路のゲート側のコンデンサ２０５の容量、Ｃｄは圧電発振回路のドレイン側のコンデンサ２０６の容量、Ｒｅｉは圧電振動子の実数部のインピーダンスで近似的に等価直列抵抗Ｒ１ｉと等しくなる。なお、ｉ＝１のとき、圧電振動子の基本波モード振動の場合で、ｉ＝２のとき、圧電振動子の２次高調波モード振動の場合である。
【００７０】例えば、圧電振動子が音叉型圧電振動子の場合、ｉ＝１のとき、音叉型圧電振動子の基本波モード振動の場合で、ｉ＝２のとき、音叉型圧電振動子の２次高調波モード振動の場合である。すなわち、ω１は圧電発振回路の音叉型圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数で、ω２は圧電発振回路の音叉型圧電振動子の２次高調波モード振動の発振の角周波数である。本発明の圧電発振器では、ω１が圧電発振回路の出力信号として得られるように、圧電発振回路は構成される。すなわち、上記した本発明の作用効果を得るために、すでに上述された圧電発振回路の関係は、式（１）と式（２）からその関係が得られる。
【００７１】加えて、本発明の圧電振動子と圧電ユニットと圧電発振器と電子機器の各製造方法では、圧電発振器を構成する圧電発振回路は式（１）と式（２）の関係を備え、すなわち、式（１）と式（２）の関係を得る工程と、圧電発振回路を構成する増幅回路と帰還回路の各素子を電気的に接続する工程を備え、かつ、圧電発振回路の出力信号が圧電振動子の基本波モード振動の発振周波数で、その発振周波数が圧電振動子の基準周波数３２．７６８ｋＨｚに対して、周波数偏差が−１００ｐｐｍ〜＋１００ｐｐｍの範囲内にあるように、及び／又は、圧電発振回路の増幅回路の位相角∠α（＝∠α１）が１９０°より大きく、及び／又は、帰還回路の位相角∠β（＝∠β１）が１７０°より小さくなるように、好ましくは、増幅回路の位相角∠α（＝∠α１）が１９５°〜２５０°の範囲内に、及び／又は、帰還回路の位相角∠β（＝∠β１）が１１０°〜１６５°の範囲内にあるように、より好ましくは、増幅回路の位相角∠α（＝∠α１）が２００°〜２４０°の範囲内に、及び／又は、帰還回路の位相角∠β（＝∠β１）が１２０°〜１６０°の範囲内にあるように、圧電発振回路の各素子の値と圧電振動子、例えば、音叉型圧電振動子の音叉腕に形成された溝の寸法とその溝の面の上に配置された電極の寸法と音叉型圧電振動子（音叉形状）の寸法と、音叉型圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値と、圧電発振回路の音叉型圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数ω１と、を決定する工程を備えている。また、音叉型圧電振動子の代わりに音叉型屈曲水晶振動子を用いても良い。上記本発明の圧電発振器では、∠αｉ＞∠βｉ、及び／又は、∠α１＞∠α２の関係を備えている。
【００７２】しかしながら、本発明はこれに限定されるものでなく、∠αｉ＜∠βｉ、及び／又は、／α１＜∠α２の関係を備えていてもよい。この場合には、∠αｉの数値は∠βｉの数値に、かつ、∠βｉの数値は∠αｉの数値に置き換えられる。また、∠α１の数値は∠α２の数値に、∠α２の数値は∠α１の数値に置き換えられる。
【００７３】また、音叉型圧電振動子の代わりに、圧電振動子には厚みすべり圧電振動子、又は厚みすべり水晶振動子を用いてもよい。厚みすべり圧電振動子又は厚みすべり水晶振動子を備えた圧電ユニットが圧電発振回路に用いられる。そして、その圧電発振回路を備えた圧電発振器の出力信号は電子機器のＣＰＵを動作させるためのクロック信号として用いられる。上記実施例の電子機器では１個の圧電発振器が用いられているが、本発明の電子機器はこれに限定されるものでなく、本発明の電子機器は２個以上の複数個の圧電発振器を備えていても良い。例えば、２個の圧電発振器の内の１個は音叉型圧電振動子からなる圧電ユニットを備えた圧電発振器で、他の１個は厚みすべり圧電振動子又は厚みすべり水晶振動子からなる圧電ユニットを備えた圧電発振器である。
【００７４】詳細には、圧電振動子が厚みすべり圧電振動子又は厚みすべり水晶振動子の場合、式（２）のｉ＝１のとき、厚みすべり圧電振動子（厚みすべり水晶振動子）の基本波モード振動の場合である。厚みすべり圧電振動子（厚みすべり水晶振動子）を備えた本発明の圧電発振回路ではドレイン抵抗による最適なドライブ特性と最適な周波数−負荷容量ＣＬ特性を得るために、圧電発振回路の増幅回路の位相角∠α（＝∠α１）が１８０°より大きく、及び／又は、帰還回路の位相角∠β（＝∠β１）が１８０°より小さくなるように、増幅回路と帰還回路は構成されている。すなわち、増幅回路と帰還回路の各素子は決定されている。換言するならば、増幅回路と帰還回路の各素子を決定する工程を備えている。好ましくは、増幅回路の位相角∠α（＝∠α１）が１８２°〜１９５°の範囲内に、及び／又は、帰還回路の位相角∠β（＝∠β１）が１６５°〜１７８°の範囲内にある。この圧電発振回路の構成により圧電発振回路ではドレイン抵抗による最適なドライブ特性を得ることができるという優れた作用効果が奏される。と同時に、負荷容量ＣＬの変化（例えば、ＣＬ＝１ｐＦの変化）に対する最適な周波数変化が得られるという作用効果がもたらされる。
【００７５】次に、圧電振動子の基本波モード振動を出力とする圧電発振回路の起動特性について述べる。その起動特性、すなわち、起動時間は基本波モード振動の電気的特性と２次高調波モード振動の電気的特性に密接に関係している。本発明の圧電発振回路の増幅回路は圧電振動子（例えば、音叉型圧電振動子、あるいは音叉型屈曲水晶振動子）の基本波モード振動の負性抵抗−ＲＬｍ１と２次高調波モード振動の負性抵抗値−ＲＬｍ２を備え、かつ、圧電発振回路の負荷容量ＣＬは１５ｐＦより小さい負荷容量を備えて構成される。ただし、ゲート側の容量をＣｇ、ドレイン側の容量をＣｄとすると、ＣＬ＝ＣｇＣｄ／（Ｃｇ＋Ｃｄ）で与えられる。また、圧電振動子は基本波モード振動の共振周波数ｆｍ１と等価直列抵抗Ｒｍ１と容量比ｒｍ１（＝Ｃｍ０／Ｃｍ１、Ｃｍ０は並列容量、Ｃｍ１は等価容量）と２次高調波モード振動の共振周波数ｆｍ２と等価直列抵抗Ｒｍ２と容量比ｒｍ２（＝Ｃｍ０／Ｃｍ２、Ｃｍ２は等価容量）を備え、ここでは、圧電発振回路の電源を入れたときに、圧電発振回路の出力信号が安定状態の約８０％に達した時間を立ち上がり時間と定義し、基本波モード振動の立ち上がり時間と２次高調波モード振動の立ち上がり時間の関係によって決定される立ち上がり係数をｔｒ１２とすると、ｔｒ１２＝（（｜−ＲＬｍ２｜−Ｒｍ２）ｒｍ１ｆｍ２２）／（（｜−ＲＬｍ１｜−Ｒｍ１）ｒｍ２ｆｍ１２）で与えられ、ｔｒ１２＜１のとき、基本波モード振動で発振する。ただし、｜−ＲＬｍ１｜と｜−ＲＬｍ２｜はそれぞれ負性抵抗−ＲＬｍ１と２次高調波モード振動の負性抵抗値−ＲＬｍ２の絶対値である。
【００７６】さらに詳細に述べるならば、基本波モードで発振するためのより好ましい条件は、ｔｒ１２＜０．５、より好ましくは、ｔｒ１２＜０．３３の関係により確実に基本波モード振動の発振を実現することができる。と共に、｜−ＲＬｍ２｜＜Ｒｍ２の関係を得ることがより好ましい条件である。上記の関係は発振の振幅条件から基本波モード振動の発振を確実にできるという極めて優れた作用効果がもたらされる。
【００７７】また、圧電発振回路の発振条件は振幅条件と位相条件の両方を満足して実現できる。圧電発振回路の一例として、圧電振動子に水晶振動子を用いた水晶発振回路が多用されている。水晶振動子は、例えば、逆相の屈曲モードで振動する音叉型屈曲水晶振動子、あるいは厚みすべり水晶振動子である。
【実施１の形態に係わる電子機器】
【００７８】図１１は本発明の実施１の形態に係わる電子機器の一例で、ファクシミリのブロック図の一例である。即ち、モデム、音声回路、時計回路、印刷部、取り込み部、操作部と表示部から構成されている。又、この原理は、まず取り込み部で原稿に投影した光の反射光を電荷結合素子（ＣＣＤ）で感知し走査される。感知された反射光の濃淡はデジタル信号に変換され、モデムで変調されて電話回線へ送られる。又、受信側では、受けた信号をモデムで復調し、印刷部で送信側と同期させて記録紙に印刷される。図１１に示すように、圧電振動子は制御部や印刷部のＣＰＵクロック、音声回路の音声合成ＩＣのクロック、モデムの同期クロックそして時計回路の時間基準等に使用される。
【００７９】すなわち、これらは圧電発振器を構成しその出力信号が用いられる。例えば、表示部に時間、日付やカレンダー等の時間情報を表示するための信号として使用される。本実施１の形態に係わる電子機器の一つであるファクシミリが正常に動作するには、この機器に使われる圧電発振器の正確な出力信号が要求される。本実施１の形態に係わる電子機器の一例としてファクシミリを示したが、本発明の電子機器には、圧電発振器を備えて構成される電子機器はすべて包含される。例えば、携帯電話、電話、テレビ、カメラ、ビデオ、ビデオカメラ、ページャ、パーソナルコンピュータ、プリンタ、ＣＤプレーヤ、ＭＤプレーヤ、ＤＶＤ，電子楽器、カーナビゲィション、カーエレクトロニクス、時計、ＩＣカード、スマートフォン、ｉ−パッド、ｉ−フォン等である。
【００８０】次に、音叉型圧電振動子と圧電ユニットと圧電発振器と電子機器の各々の製造方法について詳述する。本実施１の形態に係わる音叉型圧電振動子を製造する工程では、まず、図１に示した音叉腕１０、２０と基部部分３０と第１接続部分３１と第２接続部分３２と第１フレーム３３と第２フレーム３４とを備えた音叉形状が、エッチング加工により一体に形成される。すなわち、第１エッチング加工によりその音叉形状が形成される。次に、音叉腕１０、２０の上面と下面の各々に溝がエッチング加工により形成される。すなわち、第２エッチング加工により溝が形成される。その後に、図２と図３に示した電極が音叉腕の側面と溝の中に形成される。と同時に、基部部分の面の上と第１接続部分と第２接続部分と第１フレームと第２フレームの各々の面の上に電極が形成される。すなわち、２電極端子を備えた音叉型圧電振動子が形成される。この製造工程は本実施２と本実施３の各々の形態に係わる音叉型圧電振動子に適用できる。
【００８１】次に、圧電ユニットを製造する工程では、音叉型圧電振動子の第１フレームと第２フレームがケースの固定部に固定される。その後に、蓋がケースの開口部に接続される。すなわち、図９に示した圧電ユニットが形成される。さらに、圧電発振器を製造する工程では、その圧電ユニットを構成する音叉型圧電振動子の２電極端子が増幅器とコンデンサと抵抗とに電気的に接続される。すなわち、図１０で示した圧電発振回路が形成され、その圧電発振回路を備えた圧電発振器が形成される。次に、電子機器を製造する工程では、その圧電発振器の出力信号が電子機器の動作用信号となるように接続される。
【００８２】なお、本実施１の形態に係わる音叉型圧電振動子を製造する工程では、音叉腕を形成した後に、音叉腕に溝を形成しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、音叉腕と溝を同時に形成してもよい。あるいは溝を形成した後に、音叉腕を形成してもよい。
【００８３】以上のごとく、本発明の圧電振動子（音叉型圧電振動子）、圧電ユニット、圧電発振器と電子機器、及びそれらの製造方法について詳細に述べたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、音叉型圧電振動子は基本波モード振動の品質係数Ｑｍ１、共振周波数ｆｍ１、等価直列抵抗Ｒｍ１、等価容量Ｃｍ１と２次高調波モード振動の品質係数Ｑｍ２、共振周波数ｆｍ２、等価直列抵抗Ｒｍ２、等価容量Ｃｍ２を備え、基本波モード振動の先端振幅ｋａ１と２次高調波モード振動の先端振幅ｋａ２の関数で与えられる振幅係数をｋａ２１（＝ｋａ２／ｋａ１）とすると、その振幅係数ｋａ２１＝（ｆｍ１Ｒｍ１Ｃｍ１１／２）／（ｆｍ２Ｒｍ２Ｃｍ２１／２）で定義され、かつ、基本波モード振動の周波数安定係数Ａｓ１と２次高調波モード振動の周波数安定係数Ａｓ２の関数で与えられる周波数安定係数の比Ａｓ１２（＝Ａｓ１／Ａｓ２、以下安定係数という）がＡｓ１２＝（Ｃｍ２Ｑ２２）／（Ｃｍ１Ｑｍ１２）で定義されるとき、振幅係数ｋａ２１と安定係数Ａｓ１２との間には密接な関係があることを本発明で見出した、すなわち、Ａｓ１２＝ｋ２ａ２１の関係がある。
【００８４】また、安定係数Ａｓ１２が小さければ小さいほど基本波モード振動は並列容量Ｃｍ０の影響を受けないので、基本波モード振動の位相特性は２次高調波モード振動の位相特性より良くなる。すなわち、基本波モード振動の発振がし易くなる。換言するならば、振幅係数ｋａ２１が小さければ小さいほど基本波モード振動の位相特性は２次高調波モード振動の位相特性よりよくなる。
【００８５】まず、音叉型圧電振動子の一例について述べる。音叉型圧電振動子の基本波モード振動の周波数安定性（位相特性）が、２次高調波モード振動の周波数安定性（位相特性）より３倍以上良くすることによって、一般に用いられる圧電発振回路での基本波モード振動を容易に起動できる。したがって、安定係数Ａｓ１２はＡｓ１２＜１／３≒０．３３３の関係が得られるように、上記実施の各形態に係わる音叉型圧電振動子の音叉型圧電振動子の形状と、音叉形状の寸法と音叉腕に形成された溝の寸法とその溝の中に配置された電極の寸法が決定、構成されている。この関係からｋａ２１＜０．５７７の関係が得られる。また、本発明では超小型の音叉型圧電振動子を提供することにあるから、音叉型圧電振動子の外形寸法を考慮すると、基本波モード振動の周波数安定性（位相特性）が、２次高調波モード振動の周波数安定性（位相特性）より限りなく良くするには限界が有ることは当然である。本実施例では、基本波モード振動の周波数安定性（位相特性）が、２次高調波モード振動の周波数安定性（位相特性）より１８．９倍より良くすることは極めて難しい。この理由は衝撃に対して十分に耐えられる形状を得ることができなくなるためである。このとき、安定係数Ａｓ１２はＡｓ１２＞１／１８．９≒０．０５２９となる、この関係からｋａ２１＞０．２３となる。したがって、これらのことを考慮すると、安定係数Ａｓ１２は０．０５２９＜Ａｓ１２＜０．３３３の範囲内にある。この関係から、上記実施の各形態に係わる音叉型圧電振動子の振幅係数ｋａ２１は０．２３＜ｋａ２１＜０．５７７の関係が得られる。
【００８６】すなわち、Ａｓ１２＜０．３３３の関係、及び／又は、ｋａ２１＜０．５７７の関係が得られるように、あるいは０．０５２９＜Ａｓ１２＜０．３３３、及び／又は、０．２３＜ｋａ２１＜０．５７７の関係が得られるように、上記実施の各形態に係わる音叉型圧電振動子の音叉型圧電振動子の形状と、音叉形状の寸法と音叉腕に形成された溝の寸法とその溝の中に配置された電極の寸法が決定されている。換言するならば、音叉型圧電振動子と圧電ユニットと圧電発振器と電子機器の各製造方法において、Ａｓ１２＜０．３３３の関係、及び／又は、ｋａ２１＜０．５７７の関係が得られるように、あるいは０．０５２９＜Ａｓ１２＜０．３３３、及び／又は、０．２３＜ｋａ２１＜０．５７７の関係が得られるように、上記各実施の形態に係わる音叉型圧電振動子の音叉型圧電振動子の形状と、音叉形状の寸法と音叉腕に形成された溝の寸法とその溝の中に配置された電極の寸法を決定する工程を備えている。それ故、本発明の音叉型圧電振動子は２次高調波モード振動の位相特性より優れた基本波モード振動の位相特性を備えているので、この音叉型圧電振動子を備えた圧電ユニットからなる圧電発振器を備えた電子機器の出力信号として、音叉型圧電振動子の基本波モード振動の発振周波数が確実に得られ、かつ、その発振周波数が非常に安定しているという優れた作用効果が奏される。すなわち、信頼性に極めて優れた電子機器が実現できるという著しく優れた作用効果がもたらされる。
【００８７】さらに、本発明はこれに限定されるものでなく、基本波モード振動の最大振幅（音叉先端部）と２次高調波モード振動の最大振幅（音叉先端部から約半分の長さの位置）との関係が、基本波モード振動の共振周波数と２次高調波モード振動の共振周波数に依存することが分かった。すなわち、音叉形状に大きく依存することが分かった。さらに詳細に述べるならば、基本波モード振動の最大振幅を１としたとき、２次高調波モード振動の最大振幅（Ａｍ）の逆数を高調波係数Ｈ（＝１／Ａｍ）で表し、かつ、周波数比ｆｍ２１＝（ｆｍ２／ｆｍ１）と置くと、Ｈ＝ｆｍ２１ｋａ２１の関係があることを見出した。すなわち、高調波係数Ｈは周波数比ｆｍ２１と振幅係数ｋａ２１の関数で与えられる。この高調波係数Ｈは音叉型圧電振動子の小型化及び基本波モード振動と２次高調波モード振動の位相特性に密接な関係があることを示している。すなわち、周波数比ｆｍ２１が大きくなると、音叉腕の長さ寸法を小さくできるのでより小型化ができる。他方、振幅係数ｋａ２１が小さくなると、基本波モード振動の位相特性は２次高調波モード振動の位相特性より良くなる。
【００８８】それ故、音叉型圧電振動子が、例えば、音叉形状の全長が１．８ｍｍ〜２．３５ｍｍ、好ましくは、１．３ｍｍ〜１．８ｍｍ、より好ましくは、１．１７ｍｍ〜１．３ｍｍ、さらに好ましくは、０．５ｍｍ〜１．１７ｍｍの範囲内にあり、かつ、基本波モード振動の位相特性が２次高調波モード振動の位相特性より良くなる超小型の音叉型圧電振動子を得るには、高調波係数Ｈは、１．６１＜Ｈ＜４．９４の範囲内に、好ましくは、１．９５＜Ｈ＜６．２の範囲内にある。すなわち、本発明の音叉型圧電振動子の高調波係数Ｈが、１．６１＜Ｈ＜４．９４の範囲内に、あるいは、１．９５＜Ｈ＜６．２の範囲内にあるように、音叉形状の寸法、音叉腕（第１音叉腕と第２音叉腕）の各音叉腕の上面と下面の少なくとも一面、あるいは各々に形成される溝の寸法とその溝の中に配置された電極の寸法が決定、構成されている。また、音叉型圧電振動子、その音叉型圧電振動子を備えた圧電ユニット、その圧電ユニットを備えた圧電発振器とその圧電発振器を備えた電子機器の各製造方法において、音叉型圧電振動子の高調波係数Ｈが、１．６１＜Ｈ＜４．９４の範囲内に、あるいは、１．９５＜Ｈ＜６．２の範囲内にあるように、音叉形状の寸法、音叉腕（第１音叉腕と第２音叉腕）の各音叉腕の上面と下面の各々、あるいは少なくとも一面に形成される溝の寸法とその溝の中に配置された電極の寸法を決定する工程を備えている。
【００８９】上記高調波係数Ｈを備えた音叉型圧電振動子は、超小型で、かつ、基本波モード振動の位相特性が２次高調波モード振動の位相特性より良くなるので、その音叉型圧電振動子からなる圧電ユニットを備えた圧電発振器は、音叉型圧電振動子の基本波モード振動での発振が容易となり、基本波モード振動の発振周波数が圧電発振器の出力信号として得られるという優れた作用効果が奏される。
【００９０】上記のごとく本発明の圧電振動子（音叉型圧電振動子）について詳細に述べたが、これらをまとめると、本発明の上記各実施の形態に係わる圧電振動子（音叉型圧電振動子）は、基部部分と、その基部部分に接続された少なくとも第１音叉腕と第２音叉腕とを備えて構成され、第１音叉腕と第２音叉腕の各々の一端部がその基部部分に接続され、他端部が自由である音叉型圧電振動子で、第１音叉腕と第２音叉腕の各々の上面と下面の少なくとも一面、または、各々に溝が形成されていて、音叉型圧電振動子は基本波モード振動の品質係数Ｑｍ１、共振周波数ｆｍ１、等価直列抵抗Ｒｍ１、等価容量Ｃｍ１と２次高調波モード振動の品質係数Ｑｍ２、共振周波数ｆｍ２、等価直列抵抗Ｒｍ２、等価容量Ｃｍ２を備え、振幅係数ｋａ２１がｋａ２１＝（ｆｍ１Ｒｍ１Ｃｍ１１／２）／（ｆｍ２Ｒｍ２Ｃｍ２１／２）で定義され、かつ、安定係数Ａｓ１２がＡｓ１２＝（Ｃｍ２Ｑ２２）／（Ｃｍ１Ｑｍ１２）で定義されるとき、安定係数Ａｓ１２が０．０５２９＜Ａｓ１２＜０．３３３の範囲内にあり、かつ、振幅係数ｋａ２１が０．２３＜ｋａ２１＜０．５７７の範囲内にある。
【００９１】さらに、本発明の上記各実施の形態に係わる圧電振動子（音叉型圧電振動子）は、音叉型圧電振動子の周波数比ｆｍ２１＝（ｆｍ２／ｆｍ１）と置き、かつ、高調波係数ＨがＨ＝ｆｍ２１ｋａ２１で定義されるとき、高調波係数Ｈが、１．６１＜Ｈ＜４．９４の範囲内に、あるいは、１．９５＜Ｈ＜６．２の範囲内にある。
【００９２】加えて、本発明の実施１の形態に係わる電子機器の製造方法では、上記した音叉型圧電振動子とその音叉型圧電振動子を備えた圧電ユニットとその圧電ユニットを備えた圧電発振器の各製造方法を含み、一例として、本発明の電子機器の製造方法は、増幅器と帰還抵抗とを備えた増幅回路と、複数のコンデンサとドレイン抵抗と圧電ユニットとを備えた帰還回路とを備えた圧電発振回路を備えて構成される圧電発振器と、表示部とを備え、圧電ユニットはケースとそのケースの固定部に固定された音叉型圧電振動子とそのケースに接続された蓋とを備え、音叉型圧電振動子は基部部分と、その基部部分に接続された少なくとも第１音叉腕と第２音叉腕とを備えて構成され、第１音叉腕と第２音叉腕の各々の一端部が基部部分に接続され、他端部が自由であって、音叉型圧電振動子は基本波モード振動の品質係数Ｑｍ１、共振周波数ｆｍ１、等価直列抵抗Ｒｍ１、等価容量Ｃｍ１と２次高調波モード振動の品質係数Ｑｍ２、共振周波数ｆｍ２、等価直列抵抗Ｒｍ２、等価容量Ｃｍ２を備え、振幅係数ｋａ２１がｋａ２１＝（ｆｍ１Ｒｍ１Ｃｍ１１／２）／（ｆｍ２Ｒｍ２Ｃｍ２１／２）で定義され、かつ、安定係数Ａｓ１２がＡｓ１２＝（Ｃｍ２Ｑ２２）／（Ｃｍ１Ｑｍ１２）で定義されていて、基部部分と第１音叉腕と第２音叉腕を備えた音叉形状を形成する工程と、第１音叉腕と第２音叉腕の各々の上面と下面の少なくとも一面に、あるいは各々に溝を形成する工程と、第１音叉腕と第２音叉腕の各々の上面と下面の少なくとも一面に、あるいは各々に形成された溝の面の上に電極を形成する工程と、安定係数Ａｓ１２が０．０５２９＜Ａｓ１２＜０．３３３の範囲内にあり、かつ、振幅係数ｋａ２１が０．２３＜ｋａ２１＜０．５７７の範囲内にあるように、音叉形状の寸法と溝の寸法と電極の寸法を決定する工程と、音叉型圧電振動子をケースの固定部に固定する工程と、音叉型圧電振動子の２電極端子を増幅回路の増幅器と帰還抵抗と、帰還回路の複数のコンデンサとドレイン抵抗とに電気的に接続する工程と、を備えていて、圧電発振回路の出力信号は、電子機器の表示部に時間情報を表示するためのクロック信号で、そのクロック信号は音叉型圧電振動子の基本波モード振動の発振周波数を備え、かつ、発振周波数は３２．７６８ｋＨｚの基準周波数に対して−１００ｐｐｍ〜＋１００ｐｐｍの範囲内にある周波数偏差を備えている。
【００９３】さらに、上記電子機器の製造方法は、音叉型圧電振動子の周波数比ｆｍ２１＝（ｆｍ２／ｆｍ１）と置き、かつ、高調波係数ＨがＨ＝ｆｍ２１ｋａ２１で定義されるとき、高調波係数Ｈが、１．６１＜Ｈ＜４．９４の範囲内に、あるいは、１．９５＜Ｈ＜６．２の範囲内にあるように、音叉形状の寸法と溝の寸法と電極の寸法を決定する工程と、増幅回路の基本波モード振動の位相∠αが１９５°〜２５０°の範囲内に、及び／又は、帰還回路の基本波モード振動の位相∠βが１１０°〜１６５°の範囲内にあるように、増幅回路の基本波モード振動の負性抵抗の絶対値と、帰還回路のゲート側のコンデンサとドレイン側のコンデンサとドレイン抵抗の各々の値を決定する工程とを備えている。
【００９４】さらに、本発明は上記各実施の態様の音叉型圧電振動子に限定されるものでなく、例えば、本発明の音叉型圧電振動子の基本波モード振動の電気機械変換の効率をＥｆ１＝Ｒｍ１２Ｃｍ１と２次高調波モード振動の電気機械変換の効率をＥｆ２＝Ｒｍ２２Ｃｍ２と置き、かつ、電気機械変換の効率係数Ｅｆ１２がＥｆ１２＝Ｅｆ１／Ｅｆ２＝（Ｒｍ１２Ｃｍ１）／（Ｒｍ２２Ｃｍ２）で定義されるとき、その効率係数Ｅｆ１２が大きければ大きいほど基本波モード振動の電気機械変換効率は、２次高調波モード振動の電気機械変換効率より良くなる。すなわち、効率係数Ｅｆ１２が大きければ大きいほど、基本波モード振動の発振周波数が、２次高調波モード振動の発振周波数より並列容量Ｃｍ０の影響を受けないので、基本波モード振動の位相特性は、２次高調波モード振動の位相特性より良くなることを見出した。その結果、圧電発振回路での基本波モード振動での起動特性が良くなる。
【００９５】また、効率係数Ｅｆ１２は音叉型圧電振動子の長さ寸法と、音叉腕に形成される溝とその溝の中に配置される電極に依存し、その音叉型圧電振動子の全長が小さくなるにつれて、効率係数Ｅｆ１２の値も小さくなる傾向を示す。本発明の上記各実施の形態では、例えば、音叉型圧電振動子の全長が２．３５ｍｍ〜０．５ｍｍのときには、効率係数Ｅｆ１２は１５．３〜６．８の範囲内にある。特に、音叉型圧電振動子の全長が１．３ｍｍ〜２．０ｍｍのとき、効率係数Ｅｆ１２が１４．７〜８．２の範囲内にあり、さらに音叉型圧電振動子の全長が１．１７ｍｍ〜１．５ｍｍのとき、効率係数Ｅｆ１２が１４．０〜７．６の範囲内にあり、さらに音叉型圧電振動子が小型化され、その全長が１．３ｍｍ〜０．５ｍｍのときには、効率係数Ｅｆ１２が１３．１〜６．８の範囲内にある。
【００９６】すなわち、効率係数Ｅｆ１２が１５．３〜６．８の範囲内にあるように、あるいは、効率係数Ｅｆ１２が１４．７〜８．２の範囲内にあるように、あるいは、効率係数Ｅｆ１２が１４．０〜７．６の範囲内にあるように、あるいは、効率係数Ｅｆ１２が１３．１〜６．８の範囲内にあるように、音叉形状と音叉腕に形成される溝とその溝の中に配置される電極の各寸法が決定されている。すなわち、それらの各寸法を決定する工程を備えている。
【００９７】それ故、本発明の音叉型圧電振動子の効率係数Ｅｆ１２が大きいので、基本波モード振動の位相特性は、２次高調波モード振動の位相特性より良くなり、圧電発振回路での基本波モード振動での起動特性が良くなるという作用効果が奏される。上記したように、本発明の圧電振動子、その圧電振動子を備えた圧電ユニット、その圧電ユニットを備えた圧電発振器とその圧電発振器を備えた電子機器、及びそれらの製造方法について詳細に述べたが、本発明はこれに限定されるものでなく、本明細書に記載されている内容を組み合わせてもよい。例えば、「Ａ」のように、「Ｂ」である。という記載と、「Ｃ」のように、「Ｄ」である。という記載がある場合には、「Ａ」と「Ｃ」を取り替えてもよい。加えて、「Ａ＋Ｃ」のように、「Ｂ」又は、「Ｄ」又は、「Ｂ＋Ｄ」でる。他の例としては、「Ａ」の記載と「Ｂ」の記載がある場合には、「Ａ」のように、「Ｂ」である、あるいは「Ｂ」のように、「Ａ」である。すなわち、２個以上複数の記載がある場合には、これらの記載を全て組み合わせてもよい。
【００９８】さらに、本発明は上記実施の態様の電子機器、圧電発振器、圧電ユニットと圧電振動子とそれらの製造方法に限定されるものでなく、本発明は以下に記載される第１例〜第７例を包含するものである。
【００９９】第１例として、電子機器の製造方法では、少なくとも１個の圧電発振器と、表示部と、電源とを少なくとも備えて構成され、その少なくとも１個の圧電発振器は圧電発振回路を備え、圧電発振回路は少なくとも増幅器を備えた増幅回路と、少なくとも抵抗と圧電振動子を備えた圧電ユニットと複数のコンデンサとを備えた帰還回路とを備え、圧電振動子の振動子形状を形成する工程と、圧電振動子の振動部の上面と下面の各々に溝を、あるいは少なくとも一面に溝を形成する工程と、その溝の面の上に電極を形成する工程と、圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値を決定する工程と、を備えている。さらに、増幅回路は圧電振動子の基本波モード振動の位相角∠αを備え、その位相角∠αが１９０°より大きくなるように、圧電発振回路の抵抗と複数のコンデンサの各素子の値と、圧電振動子の振動子形状の寸法と、圧電振動子の振動部の上面と下面の各々に形成された溝の寸法、あるいは少なくとも一面に形成された溝の寸法と、その溝の面の上に形成された電極の寸法と、圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値と、を決定する工程を備えて電子機器は製造される。そして、圧電発振回路の出力信号はその電子機器の表示部に時間情報を表示するためのクロック信号で、そのクロック信号は圧電振動子の基本波モード振動の発振周波数を備えている。
【０１００】さらに詳細には、圧電発振回路の各素子には、増幅器、帰還抵抗、ドレイン抵抗、ゲート側のコンデンサ、ドレイン側のコンデンサと圧電ユニット等が少なくとも含まれる。すなわち、各素子にはその圧電発振回路を構成する全ての素子が含まれる。また、圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性には、圧電振動子の基本波モード振動の直列共振角周波数ω０１、圧電振動子の基本波モード振動の等価容量Ｃ１１、圧電振動子の基本波モード振動の並列容量Ｃ０１、圧電振動子の基本波モード振動の実数部のインピーダンスＲｅ１が少なくとも含まれる。このインピーダンスＲｅ１は圧電振動子の基本波モード振動の電気的等価回路の直列抵抗Ｒ１に近似的には等しくなる。すなわち、Ｒｅ１≒Ｒ１の関係がある。さらに、一例として、圧電振動子は音叉型圧電振動子である。圧電振動子が音叉型圧電振動子の場合には、圧電振動子を音叉型圧電振動子に置き換えればよい。また、本記載の圧電発振回路と圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の各内容は、本明細書に記載の全ての圧電発振回路と本明細書に記載の全ての圧電振動子に適用できることは言うまでもない。
【０１０１】より具体的に述べるならば、その少なくとも１個の圧電発振器は、第１圧電発振回路を備えた第１圧電発振器を備え、第１圧電発振回路は少なくとも第１増幅器を備えた第１増幅回路と、第１圧電振動子を備えた第１圧電ユニットと複数の第１コンデンサと第１ドレイン抵抗と、を少なくとも備えた第１帰還回路とを備え、第１増幅回路は第１圧電振動子の基本波モード振動の位相角∠α１を備えている。また、第１圧電発振回路は∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の第１の関係式を備えている。ただし、Ａ１＝（ω１Ｒｄ１）／ａ１、Ｂ１＝ａ１Ｃｄ１−（１＋Ｒｅ１／Ｒｄ１）、ａ１＝ａ１１／ａ２１−１／Ｃｇ１、ａ１１＝（１−ω１２／ω０１２）／Ｃ０１、ａ２１＝ω１２／ω０１２−１−Ｃ１１／Ｃ０１で与えられ、かつ、ω１は第１圧電発振回路の第１圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数で、本発明では、角周波数ω１が第１圧電発振回路の出力信号の角周波数となる。また、ω０１は第１圧電振動子の基本波モード振動の直列共振角周波数、Ｃ１１は第１圧電振動子の基本波モード振動の等価容量、Ｃ０１は第１圧電振動子の基本波モード振動の並列容量、Ｒｄ１は第１圧電発振回路の第１ドレイン抵抗、Ｃｇ１は第１圧電発振回路のゲート側の第１コンデンサの容量、Ｃｄ１は第１圧電発振回路のドレイン側の第１コンデンサの容量、Ｒｅ１は第１圧電振動子の基本波モード振動の実数部のインピーダンスである。加えて、∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の第１の関係式を得る工程と、その位相角∠α１が１９０°より大きくなるように、あるいは１９５°〜２５０°の範囲内にあるように、第１圧電発振回路の第１ドレイン抵抗と複数の第１コンデンサの各素子の値と、第１圧電発振回路の第１圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数ω１と、第１圧電振動子の振動子形状の寸法と、その振動子形状の振動部の上面と下面の各面に形成された溝の寸法、あるいは少なく一面に形成された溝の寸法と、その溝の面の上に形成された電極の寸法と、第１圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値と、を決定する工程を含んで電子機器は製造される。
【０１０２】詳細には、第１圧電発振回路の出力信号は、電子機器の動作用のクロック信号で、すなわち、電子機器の表示部に時間情報を表示するためのクロック信号で、かつ、第１圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数ω１を備えている。換言するならば、そのクロック信号は、第１圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数ω１（発振周波数ｆ１＝ω１／２π）を備えている。また、第１圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値を決定する工程は、第１圧電振動子の基本波モード振動の直列共振角周波数ω０１と、第１圧電振動子の基本波モード振動の等価容量Ｃ１１と、第１圧電振動子の基本波モード振動の並列容量Ｃ０１と、第１圧電振動子の基本波モード振動の実数部のインピーダンスＲｅ１の各々の値を決定する工程を含んでいる。さらに、一例として、第１圧電振動子は音叉型圧電振動子である。第１圧電振動子が音叉型圧電振動子の場合には、第１圧電振動子を音叉型圧電振動子に置き換えればよい。
【０１０３】さらに、その少なくとも１個の圧電発振器は、第２圧電発振回路を備えた第２圧電発振器を備え、第２圧電発振回路は少なくとも第２増幅器を備えた第２増幅回路と、第２圧電振動子を備えた第２圧電ユニットと複数の第２コンデンサと第２ドレイン抵抗とを少なくとも備えた第２帰還回路とを備え、第２圧電振動子の振動モードは第１圧電振動子の振動モードと異なると共に、第２圧電振動子の基本波モード振動の発振周波数は、第１圧電振動子の基本波モード振動の発振周波数より高い発振周波数を備え、第２増幅回路は第２圧電振動子の基本波モード振動の位相角∠α２を備えている。そして、第２圧電発振回路は∠α２＝ａｒｃｔａｎ（Ａ２×Ｂ２）の第２の関係式を備えている。ただし、Ａ２＝（ω２Ｒｄ２）／ａ２、Ｂ２＝ａ２Ｃｄ２−（１＋Ｒｅ２／Ｒｄ２）、ａ２＝ａ１２／ａ２２−１／Ｃｇ２、ａ１２＝（１−ω２２／ω０２２）／Ｃ０２、ａ２２＝ω２２／ω０２２−１−Ｃ１２／Ｃ０２で与えられ、ω２は第２圧電発振回路の第２圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数で、本発明では、角周波数ω２が第２圧電発振回路の出力信号の角周波数となる。また、ω０２は第２圧電振動子の基本波モード振動の直列共振角周波数、Ｃ１２は第２圧電振動子の基本波モード振動の等価容量、Ｃ０２は第２圧電振動子の基本波モード振動の並列容量、Ｒｄ２は第２圧電発振回路の第２ドレイン抵抗、Ｃｇ２は第２圧電発振回路のゲート側の第２コンデンサの容量、Ｃｄ２は第２圧電発振回路のドレイン側の第２コンデンサの容量、Ｒｅ２は第２圧電振動子の基本波モード振動の実数部のインピーダンスである。加えて、∠α２＝ａｒｃｔａｎ（Ａ２×Ｂ２）の第２の関係式を得る工程と、前記位相角∠α２が前記位相角∠α１より小さく、かつ、１８０°より大きくなるように、第２圧電発振回路の第２ドレイン抵抗と複数の第２コンデンサの各素子の値と、第２圧電発振回路の第２圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数ω２と、第２圧電振動子の振動子形状の寸法と、前記振動子形状の振動部の面の上に形成された電極の寸法と、第２圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値と、を決定する工程を備えて電子機器は製造される。
【０１０４】より詳細には、第２圧電発振回路の出力信号は、電子機器の動作用のクロック信号で、かつ、第２圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数ω２を備えている。換言するならば、そのクロック信号は、第２圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数ω２（発振周波数ｆ２＝ω２／２π）を備えている。また、第２圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値を決定する工程は、第２圧電振動子の基本波モード振動の直列共振角周波数ω０２と、第２圧電振動子の基本波モード振動の等価容量Ｃ１２と、第２圧電振動子の基本波モード振動の並列容量Ｃ０２と、第２圧電振動子の基本波モード振動の実数部のインピーダンスＲｅ２の各々の値を決定する工程を含んでいる。このインピーダンスＲｅ２は圧電振動子の基本波モード振動の電気的等価回路の直列抵抗Ｒ２に近似的には等しくなる。すなわち、Ｒｅ２≒Ｒ２の関係がある。さらに、一例として、第２圧電振動子は厚みすべり圧電振動子である。第２圧電振動子が厚みすべり圧電振動子の場合には、第２圧電振動子を厚みすべり圧電振動子に置き換えればよい。また、本実施の形態では、第２圧電振動子の基本波モード振動の発振周波数は第１圧電振動子の基本波モード振動の発振周波数より高い発振周波数を備えているが、好ましくは、ｆ２＞３００ｆ１の関係がある。ただし、ｆ２は第２圧電振動子の基本波モード振動の発振周波数で、ｆ１は第１圧電振動子の基本波モード振動の発振周波数である。それ故、２つの異なるクロック信号が得られるので、いろいろな機能を備えた電子機器の各機能の動作速度をコントロールできる。一例として、第１圧電振動子の発振周波数ｆ１は２０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚの範囲内にあり、その第１圧電振動子を備えた圧電発振回路は発振周波数が低いので消費電流を低減できる。また、電子機器の各機能の動作速度を高めるために、好ましくは、第２圧電振動子の発振周波数ｆ２は１０ＭＨｚより高い発振周波数を備えている。
【０１０５】さらに具体的に述べるならば、第１圧電発振回路の第１圧電振動子は基部部分とその基部部分に接続された少なくとも第１音叉腕と第２音叉腕を備え、屈曲モードで振動する音叉型圧電振動子で、第２圧電発振回路の第２圧電振動子は厚みすべり圧電振動子であって、その基部部分と第１音叉腕と第２音叉腕を備えた音叉形状を形成する工程と、第１音叉腕と第２音叉腕の各々の上面と下面の各面に溝を、あるいは少なくとも一面に溝を形成する工程と、その溝の面の上に電極を形成する工程と、厚みすべり圧電振動子の振動子形状を形成する工程と、その振動子形状の上面と下面の各々に電極を形成する工程と、を備えている。また、第１増幅回路の位相角∠α１は音叉型圧電振動子の基本波モード振動の位相角で、第２増幅回路の位相角∠α２は厚みすべり圧電振動子の基本波モード振動の位相角である。加えて、位相角∠α１が、１９０°より大きくなるように、あるいは１９５°〜２５０°の範囲内に、かつ、位相角∠α２が１８０°より大きくなるように、あるいは１８２°〜１９５°の範囲内にあるように、第１圧電発振回路と第２圧電発振回路の各々の各素子の値と、音叉型圧電振動子の音叉形状と溝とその溝の面の上に形成された電極の各寸法と、音叉型圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値と、厚みすべり圧電振動子の振動子形状とその振動子形状の上面と下面の各々に形成された電極の各寸法と、厚みすべり圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値と、を決定する工程を備えて電子機器は製造される。
【０１０６】第２例として、圧電発振器の製造方法では、少なくとも増幅器を備えた増幅回路と、圧電振動子とケースと蓋とを備えた圧電ユニットと複数のコンデンサと抵抗とを少なくとも備えた帰還回路とを備えた圧電発振回路を備えている。また、その増幅回路は圧電振動子の基本波モード振動の位相角∠α１を備え、かつ、圧電発振回路は∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の関係式を備え、ただし、Ａ１＝（ω１Ｒｄ１）／ａ１、Ｂ１＝ａ１Ｃｄ１−（１＋Ｒｅ１／Ｒｄ１）、ａ１＝ａ１１／ａ２１−１／Ｃｇ１、ａ１１＝（１−ω１２／ω０１２）／Ｃ０１、ａ２１＝ω１２／ω０１２−１−Ｃ１１／Ｃ０１で与えられ、ω１は圧電発振回路の圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数で、本発明では、角周波数ω１が圧電発振回路の出力信号の角周波数となる。また、ω０１は圧電振動子の基本波モード振動の直列共振角周波数、Ｃ１１は圧電振動子の基本波モード振動の等価容量、Ｃ０１は圧電振動子の基本波モード振動の並列容量、Ｒｄ１は圧電発振回路のドレイン抵抗、Ｃｇ１は圧電発振回路のゲート側のコンデンサの容量、Ｃｄ１は圧電発振回路のドレイン側のコンデンサの容量、Ｒｅ１は圧電振動子の基本波モード振動の実数部のインピーダンスである。∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の関係式を得る工程と、位相角∠α１が１９０°より大きくなるように、あるいは１９５°〜２５０°の範囲内にあるように、圧電発振回路の各素子の値と、圧電発振回路の圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数ω１と、圧電振動子の振動子形状の寸法と、その振動子形状の振動部に形成された溝の寸法と、その溝の面の上に形成された電極の寸法と、圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値と、を決定する工程を備えて圧電発振器は製造される。
【０１０７】第３例として、圧電ユニットの製造方法では、圧電振動子とその圧電振動子を収納するケースとそのケースの開口部を封止する蓋とを備え、圧電振動子は基部部分とその基部部分に接続された少なくとも第１音叉腕と第２音叉腕を備え、屈曲モードで振動する音叉型圧電振動子で、基部部分と第１音叉腕と第２音叉腕を備えた音叉形状を形成する工程と、第１音叉腕と第２音叉腕の各々の上面と下面の各面に溝を、あるいは少なくとも一面に溝を形成する工程と、その溝の面の上に電極を形成する工程と、を備えている。そして、圧電発振回路を形成するために、圧電ユニットの音叉型圧電振動子は少なくとも増幅器と複数のコンデンサと抵抗の各素子に電気的に接続され、増幅回路は少なくともその増幅器を備え、帰還回路は少なくともその圧電ユニットと複数のコンデンサと抵抗とを備えている。また、増幅回路は音叉型圧電振動子の基本波モード振動の位相角∠α１を備え、かつ、圧電発振回路は∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の関係式を備え、ただし、Ａ１＝（ω１Ｒｄ１）／ａ１、Ｂ１＝ａ１Ｃｄ１−（１＋Ｒｅ１／Ｒｄ１）、ａ１＝ａ１１／ａ２１−１／Ｃｇ１、ａ１１＝（１−ω１２／ω０１２）／Ｃ０１、ａ２１＝ω１２／ω０１２−１−Ｃ１１／Ｃ０１で与えられ、ω１は圧電発振回路の音叉型圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数で、本発明では、角周波数ω１が圧電発振回路の出力信号の角周波数となる。また、ω０１は音叉型圧電振動子の基本波モード振動の直列共振角周波数、Ｃ１１は音叉型圧電振動子の基本波モード振動の等価容量、Ｃ０１は音叉型圧電振動子の基本波モード振動の並列容量、Ｒｄ１は圧電発振回路のドレイン抵抗、Ｃｇ１は圧電発振回路のゲート側のコンデンサの容量、Ｃｄ１は圧電発振回路のドレイン側のコンデンサの容量、Ｒｅ１は音叉型圧電振動子の基本波モード振動の実数部のインピーダンスである。加えて、∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の関係式を得る工程と、その位相角∠α１が１９０°より大きくなるように、あるいは１９５°〜２５０°の範囲内にあるように、圧電発振回路の各素子の値と、圧電ユニットの寸法と、圧電発振回路の音叉型圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数ω１と、音叉型圧電振動子の音叉形状の寸法と、第１音叉腕と第２音叉腕の各々の上面と下面の各面に形成された溝の寸法、あるいは少なくとも一面に形成された溝の寸法と、その溝の面の上に形成された電極の寸法と、音叉型圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値と、を決定する工程を備えて圧電ユニットは製造される。加えて、圧電発振回路の出力信号は電子機器の表示部に時間情報を表示するためのクロック信号である。さらに、本発明の圧電発振器の製造方法と電子機器の製造方法の各製造方法は、上記圧電ユニットの製造方法を含んで構成しても良い。
【０１０８】第４例として、圧電振動子の製造方法では、少なくとも振動部を備えた圧電振動子で、その圧電振動子は基部部分とその基部部分に接続された少なくとも第１音叉腕と第２音叉腕を備えた音叉型圧電振動子で、基部部分と第１音叉腕と第２音叉腕を備えた音叉形状を形成する工程と、第１音叉腕と第２音叉腕の各々の上面と下面の各面に溝、あるいは少なくとも一面に溝を形成する工程と、その溝の面の上に電極を形成する工程と、を備えている。また、圧電発振回路を形成するために、音叉型圧電振動子は少なくとも増幅器と複数のコンデンサと抵抗の各素子に電気的に接続され、増幅回路は少なくとも増幅器を備え、帰還回路は少なくとも音叉型圧電振動子と複数のコンデンサと抵抗とを備えている。さらに、増幅回路は音叉型圧電振動子の基本波モード振動の位相角∠α１を備え、かつ、圧電発振回路は∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の関係式を備え、ただし、Ａ１＝（ω１Ｒｄ１）／ａ１、Ｂ１＝ａ１Ｃｄ１−（１＋Ｒｅ１／Ｒｄ１）、ａ１＝ａ１１／ａ２１−１／Ｃｇ１、ａ１１＝（１−ω１２／ω０１２）／Ｃ０１、ａ２１＝ω１２／ω０１２−１−Ｃ１１／Ｃ０１で与えられ、ω１は圧電発振回路の音叉型圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数で、本発明では、角周波数ω１が圧電発振回路の出力信号の角周波数となる。また、ω０１は音叉型圧電振動子の基本波モード振動の直列共振角周波数、Ｃ１１は音叉型圧電振動子の基本波モード振動の等価容量、Ｃ０１は音叉型圧電振動子の基本波モード振動の並列容量、Ｒｄ１は圧電発振回路のドレイン抵抗、Ｃｇ１は圧電発振回路のゲート側のコンデンサの容量、Ｃｄ１は圧電発振回路のドレイン側のコンデンサの容量、Ｒｅ１は音叉型圧電振動子の基本波モード振動の実数部のインピーダンスである。加えて、∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の関係式を得る工程と、その位相角∠α１が１９０°より大きくなるように、あるいは１９５°〜２５０°の範囲内にあるように、音叉型圧電振動子の音叉形状と第１音叉腕と第２音叉腕の各々の上面と下面の各面に形成された溝、あるいは少なくとも一面に形成された溝とその溝の面の上に形成された電極の各々の寸法と、圧電発振回路のドレイン抵抗Ｒｄ１とゲート側のコンデンサの容量Ｃｇ１とドレイン側のコンデンサの容量Ｃｄ１の各々の値と、圧電発振回路の音叉型圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数ω１と、音叉型圧電振動子の基本波モード振動の直列共振角周波数ω０１と等価容量Ｃ１１と並列容量Ｃ０１と実数部のインピーダンスＲｅ１の各々の値と、を決定する工程を備えて圧電振動子は製造される。そして、圧電発振回路の出力信号は電子機器の表示部に時間情報を表示するためのクロック信号である。さらに、本発明の圧電ユニットの製造方法と圧電発振器の製造方法と電子機器の製造方法の各製造方法は、上記圧電振動子の製造方法を含んで構成しても良い。
【０１０９】第５例として、電子機器では、圧電発振回路を備えた圧電発振器と、表示部と、電源とを少なくとも備えて構成され、圧電発振回路は少なくとも増幅器を備えた増幅回路と、圧電振動子を備えた圧電ユニットと抵抗と複数のコンデンサとを少なくとも備えた帰還回路とを備え、増幅回路は圧電振動子の基本波モード振動の位相角∠α１を備え、その位相角∠α１が１９０°より大きくなるように、あるいは１９５°〜２５０°の範囲内にあるように、圧電発振回路の各素子の値と、圧電振動子の振動子形状の寸法と、圧電振動子の上面と下面の各面に形成された溝、あるいは少なくとも一面に形成された溝の寸法と、その溝の面の上に形成された電極の寸法と、圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値が決定されている電子機器である。
【０１１０】さらに詳細には、帰還回路はドレイン抵抗とゲート側のコンデンサとドレイン側のコンデンサを備えている。また、圧電発振回路は∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の関係式を備え、ただし、Ａ１＝（ω１Ｒｄ１）／ａ１、Ｂ１＝ａ１Ｃｄ１−（１＋Ｒｅ１／Ｒｄ１）、ａ１＝ａ１１／ａ２１−１／Ｃｇ１、ａ１１＝（１−ω１２／ω０１２）／Ｃ０１、ａ２１＝ω１２／ω０１２−１−Ｃ１１／Ｃ０１で与えられ、ω１は圧電発振回路の圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数で、本発明では、角周波数ω１が圧電発振回路の出力信号の角周波数となる。また、ω０１は圧電振動子の基本波モード振動の直列共振角周波数、Ｃ１１は圧電振動子の基本波モード振動の等価容量、Ｃ０１は圧電振動子の基本波モード振動の並列容量、Ｒｄ１は帰還回路のドレイン抵抗、Ｃｇ１は帰還回路のゲート側のコンデンサの容量、Ｃｄ１は帰還回路のドレイン側のコンデンサの容量、Ｒｅ１は圧電振動子の基本波モード振動の実数部のインピーダンスである。さらに、位相角∠α１が１９０°より大きくなるように、あるいは１９５°〜２５０°の範囲内にあるように、圧電発振回路の抵抗と複数のコンデンサの各々の値と、圧電振動子の振動子形状の寸法と、その溝の寸法と、その溝の面の上に形成された電極の寸法と、圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値と、が決定されている電子機器である。
【０１１１】第６例として、圧電発振器では、少なくとも増幅器を備えた増幅回路と、圧電振動子とケースと蓋とを備えた圧電ユニットと複数のコンデンサと抵抗とを少なくとも備えた帰還回路とを備えた圧電発振回路を備えて構成される。また、増幅回路は圧電振動子の基本波モード振動の位相角∠α１を備え、かつ、圧電発振回路は∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の関係式を備えている。ただし、Ａ１＝（ω１Ｒｄ１）／ａ１、Ｂ１＝ａ１Ｃｄ１−（１＋Ｒｅ１／Ｒｄ１）、ａ１＝ａ１１／ａ２１−１／Ｃｇ１、ａ１１＝（１−ω１２／ω０１２）／Ｃ０１、ａ２１＝ω１２／ω０１２−１−Ｃ１１／Ｃ０１で与えられ、ω１は圧電発振回路の圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数で、本発明では、角周波数ω１が圧電発振回路の出力信号の角周波数となる。また、ω０１は圧電振動子の基本波モード振動の直列共振角周波数、Ｃ１１は圧電振動子の基本波モード振動の等価容量、Ｃ０１は圧電振動子の基本波モード振動の並列容量、Ｒｄ１は圧電発振回路のドレイン抵抗、Ｃｇ１は圧電発振回路のゲート側のコンデンサの容量、Ｃｄ１は圧電発振回路のドレイン側のコンデンサの容量、Ｒｅ１は圧電振動子の基本波モード振動の実数部のインピーダンスである。そして、位相角∠α１が１９０°より大きくなるように、あるいは１９５°〜２５０°の範囲内にあるように、圧電発振回路の各素子の値と、圧電発振回路の圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数ω１と、圧電振動子の振動子形状の寸法と、その振動子形状の振動部に形成された溝の寸法と、その溝の面の上に形成された電極の寸法と、圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値と、が決定されている圧電発振器である。
【０１１２】第７例として、圧電ユニットでは、その圧電ユニットは圧電振動子とその圧電振動子を収納するケースとそのケースの開口部を封止する蓋とを備えている。圧電振動子は、基部部分とその基部部分に接続された少なくとも第１音叉腕と第２音叉腕を備えた音叉形状を備え、屈曲モードで振動する音叉型圧電振動子で、第１音叉腕と第２音叉腕の各々の上面と下面の各々に溝、あるいは少なくとも一面に溝が形成され、その溝の面の上に電極が配置されている。そして、圧電発振回路を形成するために、圧電ユニットの音叉型圧電振動子は少なくとも増幅器と複数のコンデンサと抵抗の各素子に電気的に接続され、増幅回路は少なくとも前記増幅器を備え、帰還回路は少なくとも圧電ユニットと複数のコンデンサと抵抗とを備えている。また、増幅回路は音叉型圧電振動子の基本波モード振動の位相角∠α１を備え、かつ、圧電発振回路は∠α１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ１×Ｂ１）の関係式を備えている。ただし、Ａ１＝（ω１Ｒｄ１）／ａ１、Ｂ１＝ａ１Ｃｄ１−（１＋Ｒｅ１／Ｒｄ１）、ａ１＝ａ１１／ａ２１−１／Ｃｇ１、ａ１１＝（１−ω１２／ω０１２）／Ｃ０１、ａ２１＝ω１２／ω０１２−１−Ｃ１１／Ｃ０１で与えられ、ω１は圧電発振回路の音叉型圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数で、本発明では、角周波数ω１が圧電発振回路の出力信号の角周波数となる。また、ω０１は音叉型圧電振動子の基本波モード振動の直列共振角周波数、Ｃ１１は音叉型圧電振動子の基本波モード振動の等価容量、Ｃ０１は音叉型圧電振動子の基本波モード振動の並列容量、Ｒｄ１は圧電発振回路のドレイン抵抗、Ｃｇ１は圧電発振回路のゲート側のコンデンサの容量、Ｃｄ１は圧電発振回路のドレイン側のコンデンサの容量、Ｒｅ１は音叉型圧電振動子の基本波モード振動の実数部のインピーダンスである。さらに、位相角∠α１が１９０°より大きくなるように、あるいは１９５°〜２５０°の範囲内にあるように、圧電発振回路の各素子の値と、圧電発振回路の音叉型圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数ω１と、圧電ユニットの寸法と、音叉型圧電振動子の音叉形状の寸法と、第１音叉腕と第２音叉腕の各々の上面と下面の各々に形成された溝、あるいは少なくとも一面に形成された溝の寸法と、その溝の面の上に形成された電極の寸法と、音叉型圧電振動子の基本波モード振動の電気的諸特性の値と、が決定されている圧電ユニットである。そして、圧電発振回路の出力信号は電子機器の表示部に時間情報を表示するためのクロック信号で、そのクロック信号は音叉型圧電振動子の基本波モード振動の発振周波数を備えている。さらに、本発明の圧電発振器と電子機器の各々は、上記圧電ユニットを備えて構成しても良い。
【０１１３】加えて、本発明の圧電振動子と圧電ユニットと圧電発振器と電子機器、及びそれらの製造方法には以下の関係も含まれる。すなわち、圧電発振回路の増幅回路は音叉型圧電振動子の基本波モード振動の位相角∠α１と２次高調波モード振動の位相角∠α２を備え、∠α１＞∠α２の関係が得られるように、圧電発振回路の各素子の値と、圧電発振回路の音叉型圧電振動子の基本波モード振動の発振の角周波数ω１と、圧電発振回路の音叉型圧電振動子の２次高調波モード振動の発振の角周波数ω２と、圧電ユニットの寸法と、音叉型圧電振動子の音叉形状の寸法と、第１音叉腕と第２音叉腕の各々の上面と下面の各々に形成された溝、あるいは少なくとも一面に形成された溝の寸法と、その溝の面の上に形成された電極の寸法と、音叉型圧電振動子の基本波モード振動と２次高調波モード振動の各々の電気的諸特性の値と、が決定されている圧電振動子、あるいは圧電ユニット、あるいは圧電発振器、あるいは電子機器である。あるいは決定する工程を備えている圧電振動子の製造方法、あるいは圧電ユニットの製造方法、あるいは圧電発振器の製造方法、あるいは電子機器の製造方法である。
【０１１４】さらに詳細に述べるならば、この構成により、圧電発振回路の音叉型圧電振動子の基本波モード振動の位相特性がその２次高調波モード振動の位相特性より良くなるので、圧電発振回路は音叉型圧電振動子の基本波モード振動の出力信号を有し、かつ、その出力信号は角周波数ω１を有する。すなわち、２次高調波モード振動の発振を抑圧することができるという著しい作用効果が奏される。また、音叉型圧電振動子の代わりに、任意の圧電振動子を用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】本発明の圧電振動子（音叉型圧電振動子）と圧電ユニットと圧電発振器は小型化しても従来のものと遜色のない等価直列抵抗を備えているので、より小型化された圧電振動子（音叉型圧電振動子）と圧電ユニットを特に必要とする携帯電話などの携帯機器や民生機器を含む電子機器に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の実施１の形態に係わる逆相の屈曲モードで振動する音叉型圧電振動子の平面図を示す。
【図２】図１の音叉型圧電振動子の音叉腕のＡ−Ａの断面図を示す。
【図３】図１の音叉型圧電振動子の音叉腕のＢ−Ｂの断面図を示す。
【図４】音叉腕の第１振動部と第２振動部と接続部分の平面図の拡大図を示す。
【図５】本発明の実施２の形態に係わる逆相の屈曲モードで振動する音叉型圧電振動子の平面図を示す。
【図６】本発明の実施３の形態に係わる逆相の屈曲モードで振動する音叉型圧電振動子の平面図を示す。
【図７】本発明の実施１の形態に係わる音叉型圧電振動子の規格化された等価直列抵抗Ｒｎと規格化された音叉腕の長さＬｎとの関係である。
【図８】本発明の実施３の形態に係わる音叉型圧電振動子の規格化された等価直列抵抗Ｒｎと規格化された音叉腕の長さＬｎとの関係である。
【図９】本発明の実施１の形態に係わる圧電ユニットの平面図である。
【図１０】本発明の実施１の形態に係わる圧電発振器を構成する圧電発振回路図の一例である。
【図１１】本発明の実施１の形態に係わる電子機器の一例である。
【符号の説明】
【０１１７】Ｌ  音叉腕の長さ、Ｌ１  接続部分の長さ、
Ｌ／２  第１長さ部分
３Ｌ／５  第２長さ部分
５Ｌ／７  第３長さ部分
３Ｌ／４  第４長さ部分
Ｗ１  第１振動部の幅、Ｗ２  第２振動部の幅、Ｗ３  第３振動部の幅
１４、２４  第１振動部と第２振動部を接続する接続部分
３３  第１フレーム、
３４  第２フレーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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