(57)【要約】【課題】高いドライブレベル特性を確保することができる圧電振動片と、この圧電振動片を用いた圧電振動子、発振器、電子機器および電波時計を提供する。【解決手段】溝部５の基端側の幅は、溝部５の先端側の幅よりも狭く形成されており、基部４は、圧電振動片１を実装するマウント電極１２，１３が外表面に形成されたマウント部４ａと、マウント部４ａと一対の振動腕部３ａ，３ｂとの間に位置するようにマウント部４ａと一対の振動腕部３ａ，３ｂとに連設され、一対の励振電極１０，１１とマウント電極１２，１３とを接続する引き出し電極１４ａ，１４ｂが外表面に形成された中間部４ｂと、を有し、マウント部４ａの幅は、中間部４ｂの幅よりも広く形成されており、マウント部４ａの側面と中間部４ｂの側面とは、マウント部４ａと中間部４ｂとの段差部において、長手方向に対して傾斜する傾斜面４ｃを介して連設されていることを特徴とする。【選択図】図１
2012039509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
幅方向に並んで配置された一対の振動腕部と、
前記振動腕部の両主面上に、前記振動腕部の長手方向の基端側から前記長手方向の先端側に向かって形成された溝部と、
前記振動腕部および前記溝部の外表面に形成された励振電極と、
前記一対の振動腕部の前記基端側が接続された基部と、
を備えた圧電振動片であって、
前記溝部の前記基端側の幅は、前記溝部の前記先端側の幅よりも狭く形成されており、
前記基部は、
前記圧電振動片を外部に実装するマウント電極が外表面に形成されたマウント部と、
前記マウント部と前記一対の振動腕部との間に位置するように前記マウント部と前記  一対の振動腕部とに連設され、前記一対の励振電極と前記マウント電極とを接続する引  き出し電極が外表面に形成された中間部と、
を有し、
前記マウント部の幅は、前記中間部の幅よりも広く形成されており、
前記マウント部の側面と前記中間部の側面とは、マウント部と中間部との段差部において、平面視した際に前記長手方向に対して傾斜する傾斜面を介して連設されていることを特徴とする圧電振動片。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電振動片であって、
前記溝部の前記基端側の端部は、前記基部と前記一対の振動腕部との接続部よりも前記先端側に配置されていることを特徴とする圧電振動片。
【請求項３】
請求項１または２に記載の圧電振動片であって、
前記振動腕部の前記基端側の幅は、前記振動腕部の前記先端側の幅よりも広く形成されていることを特徴とする圧電振動片。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の圧電振動片を有することを特徴とする圧電振動子。
【請求項５】
請求項４に記載の圧電振動子が、発振子として集積回路に電気的に接続されていることを特徴とする発振器。
【請求項６】
請求項４に記載の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とする電子機器。
【請求項７】
請求項４に記載の圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続されていることを特徴とする電波時計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、圧電振動片、圧電振動子、発振器、電子機器および電波時計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話や携帯情報端末機器には、時刻源や制御信号のタイミング源、リファレンス信号源等として、水晶等を利用した圧電振動子が用いられている。この種の圧電振動子は、様々なものが提供されているが、その１つとして、いわゆる音叉型の圧電振動片を有する圧電振動子が知られている。
【０００３】
ところで、搭載される機器の小型化に伴って、圧電振動片のさらなる小型化が望まれている。一般に、圧電振動子のＣＩ値（Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）を低く抑えつつ、圧電振動片の小型化を図る方法としては、圧電振動片の振動腕部の両主面に溝部を形成する方法が知られている。さらに、この振動腕部の溝部の形状については様々な提案がされている。
【０００４】
例えば、特許文献１では、基部電極部（本願のマウント電極に相当）が形成されている基部と、前記基部から突出して形成される振動腕部と、前記振動腕部の表面及び／又は裏面に形成されている溝電極部（本願の励振電極に相当）を有する溝部と、前記振動腕部の前記溝部が形成されていない前記振動腕部の側面に形成されている側面電極部（本願の励振電極に相当）と、前記基部電極部と前記側面電極部とを接続する側面電極用接続電極部（本願の引き出し電極に相当）と、を有する振動片であって、前記溝部の開口部の基部側の幅が他の部分の幅より狭く形成されている。溝部の開口部の基部側の幅を狭く形成することで、各接続電極部を形成する領域を広く確保できる。これにより、溝電極用接続電極部又は側面電極用接続電極部が、溝電極部や側面電極部と短絡し振動片に不良が生じることを未然に防ぎつつ、ＣＩ値の増大を未然に防止できるとされている。
【０００５】
一方、特許文献２では、基部近傍の溝部の幅を漸次テーパ状に狭くすることにより、溝部の基部側の幅を他の部分の幅よりも狭く形成している。特許文献１のように急激に溝部の幅を変化させて形成する場合と比較して、特許文献２のように溝部をテーパ状に形成する場合には、溝部にエッチング残りが発生しにくい。したがって、溝部の幅を漸次テーパ状に狭くすることにより、溝部を精度よく安定してエッチングすることができる。これにより、左右の溝部の形状のバラつきを少なくして脚部の剛性を均一化し、ＣＩ値が低下するとされている。
【０００６】
また、圧電振動片を作動させた際、基部を通じて圧電振動片の振動が外部に漏洩する、いわゆる振動漏れ（振動エネルギーの漏洩）が発生することが知られている。この振動漏れは、ＣＩ値の上昇に繋がってしまうものであるので、できるだけ振動漏れを抑制する必要がある。
【０００７】
振動漏れを抑制する方法としては、外部に実装するマウント電極が形成されたマウント部と、マウント部と振動腕部との間に位置する中間部と、を圧電振動片の基部に形成する。そして、マウント部の幅を中間部の幅よりも広く形成し、段差部を設けてマウント部と中間部とを接続することが知られている。ここで、振動漏れの特性は、振動腕部の長手方向における中間部の長さ（以下「実効値」という。）に依存する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−８７０９０号公報
【特許文献２】特許第４４０９９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述の溝部の形状および実効値は、ＣＩ値および振動漏れの特性を変化させ、圧電振動片の振動モードに変化を与えるため、圧電振動片のドライブレベル特性に影響を与えると考えられる。
図１５はドライブレベル特性の説明図である。
ドライブレベル特性とは、駆動電圧の変動に対する振動周波数の変動特性をいう。具体的には、図１５に示すように、圧電振動片に印加する電圧をＶ１からＶ２に上昇させると、周波数はｆ０からｆ１に上昇する。そして、圧電振動片に印加する電圧をＶ２から再度Ｖ１に戻したとき、周波数はｆ１からｆ０周波数に戻らずにｆ０よりも低い値ｆ２となる。この振動周波数の変動値Δｆ（ｆ０とｆ２との差）の特性のことをドライブレベル特性という。なお、Δｆの振れ幅が小さいほど、ドライブレベル特性は良好であるといえる。
【００１０】
ここで、特許文献１および特許文献２では、基端側の溝部の幅を先端側の溝部の幅よりも狭く形成しているので、振動時に歪の大きい振動腕部の基端側の剛性が高くなる。これにより、ＣＩ値を低く抑制するのと同時に、圧電振動片の振動モードが変化する。したがって、ドライブレベル特性も変化すると考えられる。
【００１１】
ところで、圧電振動片は、水晶のウエハをエッチング加工することにより形成される。段差部を設けてマウント部と中間部とを接続したとき、段差部の角部のエッチング残りはエッチング時間によりばらつく。これにより、エッチング時間により中間部の長さ、すなわち実効値がばらつくため、振動漏れの特性が変化し、圧電振動片の振動モードが変化する。したがって、ドライブレベル特性も変化すると考えられる。
このように、段差部を設けてマウント部と中間部とを接続したときには、エッチング時間により実効値がばらつくため、ドライブレベル特性を高めるのには限界がある。
【００１２】
そこで本発明は、高いドライブレベル特性を確保することができる圧電振動片と、この圧電振動片を用いた圧電振動子、発振器、電子機器および電波時計の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するため、本発明の圧電振動片は、幅方向に並んで配置された一対の振動腕部と、前記振動腕部の両主面上に、前記振動腕部の長手方向の基端側から前記長手方向の先端側に向かって形成された溝部と、前記振動腕部および前記溝部の外表面に形成された励振電極と、前記一対の振動腕部の前記基端側が接続された基部と、を備えた圧電振動片であって、前記溝部の前記基端側の幅は、前記溝部の前記先端側の幅よりも狭く形成されており、前記基部は、前記圧電振動片を外部に実装するマウント電極が外表面に形成されたマウント部と、前記マウント部と前記一対の振動腕部との間に位置するように前記マウント部と前記一対の振動腕部とに連設され、前記一対の励振電極と前記マウント電極とを接続する引き出し電極が外表面に形成された中間部と、を有し、前記マウント部の幅は、前記中間部の幅よりも広く形成されており、前記マウント部の側面と前記中間部の側面とは、マウント部と中間部との段差部において、平面視した際に前記長手方向に対して傾斜する傾斜面を介して連設されていることを特徴とする。
本発明によれば、振動腕部に形成された溝部の基端側の幅は、溝部の先端側の幅よりも狭く形成されている。これにより、振動腕部の基端側の剛性を確保できる。また、本発明では、マウント部と中間部との段差部において、ウエハの結晶方向に沿いやすい傾斜面で連接されているので、マウント部と中間部との傾斜面におけるエッチング残りのばらつきを少なくできる。これにより、中間部を精度よく形成することができる。したがって、良好なドライブレベル特性が得られる理想的な長さに実効値を調整できるので、高いドライブレベル特性を確保することができる。さらに、実効値を理想的な長さとすることで振動漏れを抑制できる。
【００１４】
また、前記溝部の前記基端側の端部は、前記基部と前記一対の振動腕部との接続部よりも前記先端側に配置されていることが望ましい。
本発明によれば、溝部の基端側の端部は基部と振動腕部との接続部よりも先端側に配置されているため、振動腕部の基端側の剛性を上げることができる。したがって、ドライブレベル特性をさらに向上することができる。
【００１５】
また、前記振動腕部の前記基端側の幅は、前記振動腕部の前記先端側の幅よりも広く形成されていることが望ましい。
本発明によれば、振動腕部の基端側の幅を振動腕部の先端側の幅よりも広く形成することで、振動腕部の基端側の剛性をさらに上げることができる。したがって、ドライブレベル特性をさらに向上することができる。
【００１６】
また、本発明の圧電振動子は、上述の圧電振動片を有することを特徴とする。
本発明によれば、高いドライブレベル特性を確保することができる圧電振動子を提供することができる。
【００１７】
本発明の発振器は、上述の圧電振動子が、発振子として集積回路に電気的に接続されていることを特徴とする。
本発明の電子機器は、上述の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とする。
本発明の電波時計は、上述の圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明にかかる発振器、電子機器および電波時計によれば、高いドライブレベル特性を確保することができる圧電振動子を備えているので、性能が良好な発振器、電子機器および電波時計を製造することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、振動腕部に形成された溝部の基端側の幅は、溝部の先端側の幅よりも狭く形成されている。これにより、振動腕部の基端側の剛性を確保できる。また、本発明では、マウント部と中間部との段差部において、ウエハの結晶方向に沿いやすい傾斜面で連接されているので、マウント部と中間部との傾斜面におけるエッチング残りのばらつきを少なくできる。これにより、中間部を精度よく形成することができる。したがって、良好なドライブレベル特性が得られる理想的な長さに実効値を調整できるので、高いドライブレベル特性を確保することができる。さらに、実効値を理想的な長さとすることで振動漏れを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】圧電振動片の平面図である。
【図２】圧電振動片の基部の拡大図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線における断面図である。
【図４】エッチング時間とドライブレベル特性の関係を表すグラフである。
【図５】第１変形例の圧電振動片の平面図である。
【図６】第２変形例の圧電振動片の平面図である。
【図７】第３変形例の圧電振動片の平面図である。
【図８】圧電振動子の外観斜視図である。
【図９】圧電振動子の内部構成図であって、リッド基板を取り外した状態の平面図である。
【図１０】図９のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図１１】圧電振動子の分解斜視図である。
【図１２】発振器の一実施形態を示す構成図である。
【図１３】電子機器の一実施形態を示す構成図である。
【図１４】電波時計の一実施形態を示す構成図である。
【図１５】ドライブレベル特性の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（圧電振動片）
最初に、圧電振動片について図面を参照して説明する。
図１は圧電振動片の平面図である。
図２は圧電振動片の基部の拡大図である。
図３は図１のＡ−Ａ線における断面図である。
なお、以下の説明では、圧電振動片の長手方向をＸ方向とし、先端側を＋Ｘ側とし、基端側を−Ｘ側とする。また、圧電振動片の幅方向をＹ方向とし、一方側を＋Ｙ側とし、他方側を−Ｙ側とする。
図１に示すように、圧電振動片１は、水晶やタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料から形成された音叉型の振動片であり、所定の電圧が印加されたときに振動するものである。
【００２２】
（振動腕部）
図１に示すように、本実施形態の圧電振動片１は、一対の振動腕部３ａ，３ｂを備えている。一対の振動腕部３ａ，３ｂは、中心軸Ｏに沿ってＸ方向に延在し、Ｙ方向に平行配置されている。一対の振動腕部３ａ，３ｂの主面（表面および裏面）上には、振動腕部３ａ，３ｂのＸ方向の−Ｘ側から＋Ｘ側に向かって、縦長の一対の溝部５が形成されている。
溝部５は、Ｘ方向に沿って、振動腕部３ａ，３ｂと基部４との接続部から、振動腕部３ａ，３ｂの中間部を若干越える範囲にわたって形成されている。これにより、一対の振動腕部３ａ，３ｂは、それぞれ図３に示すようにＡ−Ａ線における断面形状がＨ型となっている。
【００２３】
また、溝部５の−Ｘ側端部の幅は、溝部５の＋Ｘ側端部の幅よりも狭く形成されている。具体的には、溝部５の＋Ｘ側において、溝部５の全長の約２／３程度にわたって、溝部５の幅が一定に形成されている。また、溝部５の−Ｘ側において、溝部５の全長の約１／３程度にわたって、溝部５の幅が＋Ｘ側から−Ｘ側に向かって漸次テーパ状に狭くなるように形成されている。
溝部５の−Ｘ側を狭く形成することにより、振動腕部３ａ，３ｂと基部４との接続部付近で、振動腕部側面３ｃ，３ｄと溝部側面５ａとの間に形成される領域Ｓ１〜Ｓ４を広く確保することができる。したがって、後述する引き出し電極１４ａ，１４ｂを領域Ｓ１〜Ｓ４に形成する際に、隣接する励振電極１０，１１が短絡するのを確実に防止することができる。また、溝部５の−Ｘ側を狭く形成することにより、領域Ｓ１〜Ｓ４のＹ方向における肉厚を厚くすることができるので、振動腕部３ａ，３ｂの−Ｘ側の剛性が向上する。このため、溝部５を一定幅で形成した場合と比較して、ＣＩ値を低く抑制するのと同時に、後述するようにドライブレベル特性を向上させることができる。
【００２４】
図１に示すように、振動腕部３ａ，３ｂおよび溝部５の外表面には、励振電極１０，１１（第１の励振電極１０および第２の励振電極１１）が形成されている。励振電極１０，１１は、例えば、クロム（Ｃｒ）等の単層の導電性膜により形成される。励振電極１０，１１は、電圧が印加されときに振動腕部３ａ，３ｂを互いに接近又は離間する方向に所定の共振周波数で振動させる電極である。一対の励振電極１０，１１は、一対の振動腕部３ａ，３ｂの表面にそれぞれ電気的に切り離された状態でパターニングされて形成されている。具体的には、図１に示すように、第１の励振電極１０が、主に−Ｙ側の振動腕部３ａの溝部５内と＋Ｙ側の振動腕部３ｂの側面上とに形成され、第２の励振電極１１が、主に＋Ｙ側の振動腕部３ｂの溝部５内と−Ｙ側の振動腕部３ａの側面上とに形成されている。前述のとおり、領域Ｓ１〜Ｓ４を広く確保することができるので、振動腕部３ａ，３ｂと基部４との接続部付近において、隣接する第１の励振電極１０、第２の励振電極１１および引き出し電極１４ａ，１４ｂが短絡するのを確実に防止することができる。
【００２５】
また、図１に示すように、振動腕部３ａ，３ｂの先端部には、所定の周波数の範囲内で振動するように調整（周波数調整）を行うための粗調膜１５ａおよび微調膜１５ｂからなる重り金属膜１５が形成されている。この重り金属膜１５を利用して周波数調整を行うことで、一対の振動腕部３ａ，３ｂの周波数をデバイスの公称周波数の範囲内に収めることができるようになっている。
【００２６】
（基部）
本実施形態の圧電振動片１は、一対の振動腕部３ａ，３ｂの−Ｘ側を一体的に固定する基部４を有している。基部４は、振動腕部３ａ，３ｂに隣接している。そして、基部４に、振動腕部３ａ，３ｂの−Ｘ側を接続することにより、振動腕部３ａ，３ｂが支持されている。
基部４の−Ｘ側にはマウント部４ａが配置されている。マウント部４ａの外表面上には、一対のマウント電極１２，１３が形成されている。マウント電極１２，１３は、クロムと金との積層膜であり、水晶と密着性の良いクロムを下地層として成膜した後に、表面に金の薄膜を仕上げ層として成膜することにより形成される。ただし、この場合に限られず、例えば、クロムとニクロムを下地層として成膜した後に、表面にさらに金の薄膜を仕上げ層として成膜しても構わない。
【００２７】
また、基部４の＋Ｘ側には中間部４ｂが配置されている。中間部４ｂの外表面上には、マウント電極１２，１３と励振電極１０，１１とを接続する引き出し電極１４ａ，１４ｂが形成されている。引き出し電極１４ａ，１４ｂは、マウント電極１２，１３の下地層と同じ材料のクロムにより、単層膜で形成されている。これにより、マウント電極１２，１３の下地層を成膜するのと同時に、引き出し電極１４ａ，１４ｂを成膜することができる。ただし、この場合に限られず、例えば、ニッケルやアルミニウム、チタン等により引き出し電極１４ａ，１４ｂを成膜しても構わない。
【００２８】
また、図２に示すように、マウント部４ａの幅Ｗ１は、中間部４ｂの幅Ｗ２よりも広く形成されている。そのため、マウント部４ａと中間部４ｂとの接続部では、マウント部４ａのＸ方向に沿った側面と中間部４ｂのＹ方向に沿った端部とが交差して、段差部６が形成される。ここで、本実施形態では、この段差部６をテーパ状として、Ｘ方向に対して傾斜角度θを有する傾斜面４ｃを形成している。傾斜角度θは、ウエハの結晶方向に沿いやすい３０°から６０°の範囲内で設定される。本実施形態では、傾斜角度θは４５°で設定されている。これにより、ウエハの結晶方向により一致させることができる。よって、後述するようにエッチング時間が変化したとしても、エッチング残り量のばらつきを小さくすることができる。したがって、中間部４ｂの長さをさらに均一な長さに調整することができ、振動漏れによる特性への影響をより安定させることができる。
【００２９】
傾斜面４ｃを形成する理由は以下のとおりである。
圧電振動片１は、水晶のウエハをエッチング加工することにより形成される。このとき、段差部６を形成しようとすると、段差部６の隅部にエッチング残り６ａが発生するおそれがある。具体的には、エッチング加工は、圧電振動片の外形に対応して形成されたエッチング保護膜をマスクとし、マスクされていない領域を選択的に除去している。時間の経過とともにエッチングが進行して、マスク形状にならって段差部６の隅部が形成される。ここで、段差部６を形成するマウント部４ａの＋Ｘ側の側面はＸ方向に略直交しており、ウエハの結晶方向に逆らっているため、エッチングが進行しにくい。このため、エッチング時間が短い場合には段差部６の隅部にエッチング残り６ａが多く発生し、エッチング時間が長い場合には段差部６の隅部にエッチング残り６ａが多少発生する。
【００３０】
上述のように、エッチング残り６ａのばらつきが発生すると、実効値Ｌにバラつきが生じる。特に、エッチング時間によりエッチング残り６ａの量が変化するため、エッチング時間によって得られる実効値Ｌが変化する。これにより、中間部４ｂの長さを均一な長さに調整するのが困難となり、振動漏れによる特性への影響が安定しないという問題が発生する。そして、実効値Ｌのばらつきにより振動漏れの特性が変化すると、圧電振動片１の振動モードも変化し、さらにドライブレベル特性も変化する。このように、実効値Ｌにバラつきが生じ、狙った実効値Ｌとは異なった実効値Ｌ１が得られると、ドライブレベル特性が悪化すると考えられる。
【００３１】
図４は、エッチング時間とドライブレベル特性の関係を表すグラフである。
図４において、Ｆ１は段差部６に傾斜面４ｃを設けた場合（本実施形態）のドライブレベル特性のグラフであり、Ｆ２は段差部６に傾斜面４ｃを設けていない場合（従来手法）のドライブレベル特性のグラフである。Ｔはエッチング時間を表し、Δｆは振動周波数の変動値を表している。なお、Δｆの絶対値が小さいほどドライブレベル特性が良好である。
従来手法の場合は、エッチング時間Ｔがばらつくと実効値Ｌのばらつきが発生する。そのため、従来手法の場合のドライブレベル特性Ｆ２は、特定のエッチング時間Ｔ２でのみ最適な実効値Ｌが得られ、良好なドライブレベル特性が得られる。したがって、特定のエッチング時間Ｔ２からエッチング時間がずれると、Δｆがマイナス側に大きくなりドライブレベル特性が悪化する。
【００３２】
一方、本実施形態の場合は、段差部６をテーパ状としているため、マウント部４ａと中間部４ｂとは、ウエハの結晶方向に沿いやすい傾斜面４ｃで連接される。したがって、マウント部４ａと中間部４ｂとの傾斜面４ｃにおいて、エッチング時間の変化に伴って傾斜面４ｃの形成具合が左右され難い。つまり、エッチング時間を長く或いは短くしても、傾斜面４ｃの傾斜角度が変化し難く、エッチング時間のばらつきによるエッチング残りのばらつきを少なくできる。そのため、本実施形態の場合のドライブレベル特性Ｆ１は、エッチング時間Ｔ１からＴ３の広範囲に渡って最適な実効値Ｌが得られ、良好なドライブレベル特性が得られる。このように、傾斜面４ｃを形成することで、良好なドライブレベル特性が得られる。以上の理由から、段差部６をテーパ状として傾斜面４ｃを形成している。
【００３３】
本実施形態によれば、図１に示すように、振動腕部３ａ，３ｂに形成された溝部５の−Ｘ側の幅は、溝部５の＋Ｘ側の幅よりも狭く形成されている。これにより、振動腕部３ａ，３ｂの−Ｘ側の剛性を確保できる。また、本発明では、図２に示すように、マウント部４ａと中間部４ｂとの段差部６において、ウエハの結晶方向に沿いやすい傾斜面４ｃで連接されているので、マウント部４ａと中間部４ｂとの傾斜面４ｃにおけるエッチング残りのばらつきを少なくできる。これにより、中間部４ｂを精度よく形成することができる。したがって、振動腕部３ａ，３ｂの−Ｘ側の剛性を確保しつつ、良好なドライブレベル特性が得られる理想的な長さに実効値Ｌを調整できるので、高いドライブレベル特性を確保することができる。さらに、エッチング時間による実効値Ｌのばらつきを抑制して、実効値Ｌを理想的な長さとすることができるので、効果的に振動漏れを抑制できる。
【００３４】
（実施形態の第１変形例、溝部の基端側における端部の位置変更）
次に、実施形態の第１変形例について説明する。
図５は、実施形態の第１変形例の説明図である。
上述の実施形態では、溝部５の−Ｘ側の端部５ｂが基部４と振動腕部３ａ，３ｂとの接続部近傍に配置されていた（図１参照）。しかし、第１変形例では、図５に示すように溝部５の−Ｘ側の端部５ｂが基部４と振動腕部３ａ，３ｂとの接続部よりも若干＋Ｘ側に配置されている点で異なっている。なお、溝部５以外の構成は上述した実施形態と同一であるため説明を省略する。
第１変形例では、溝部５の−Ｘ側の端部５ｂは、基部４と振動腕部３ａ，３ｂとの接続部よりも＋Ｘ側に配置されている。具体的には、図５に示すように、基部４と振動腕部３ａ，３ｂとの接続部から、＋Ｘ側に距離αだけ離間した位置に溝部５の−Ｘ側の端部５ｂが配置されている。このため、基部４と振動腕部３ａ，３ｂとの接続部から＋Ｘ側に向かって距離αの範囲には溝部５が形成されていないので、＋Ｙ方向および厚み方向で振動腕部３ａ，３ｂの肉厚を厚く確保することができる。これにより、振動腕部３ａ，３ｂの−Ｘ側に溝部５が形成されている場合と比較して、前記距離αの範囲において振動腕部３ａ，３ｂの剛性を向上させることができる。したがって、振動腕部３ａ，３ｂの−Ｘ側の剛性をさらに確保しつつ、高いドライブレベル特性が確保できる長さに実効値Ｌを調整できるので、ドライブレベル特性をさらに向上することができる。
【００３５】
（実施形態の第２変形例、振動腕部の基端側の形状変更）
次に、実施形態の第２変形例について説明する。
図６は、実施形態の第２変形例の説明図である。
上述の実施形態では、振動腕部３ａ，３ｂは略同一の幅で形成されていた（図１参照）。しかし、第２変形例では、図６に示すように、振動腕部３ａ，３ｂの−Ｘ側の幅が＋Ｘ側の幅よりも広く形成されている点で異なっている。なお、振動腕部３ａ，３ｂ以外の構成は上述した実施形態と同一であるため説明を省略する。
第２変形例では、基部４と振動腕部３ａ，３ｂとの接続部から＋Ｘ側に向かって距離βの範囲において、＋Ｘ側からに−Ｘ側に行くに従い振動腕部３ａ，３ｂの幅が漸次広がるように形成されている。このように、振動腕部３ａ，３ｂの−Ｘ側の幅を振動腕部３ａ，３ｂの＋Ｘ側の幅よりも広く形成することで、前記距離βの範囲において振動腕部３ａ，３ｂの剛性を上げることができる。したがって、振動腕部３ａ，３ｂの−Ｘ側の剛性をさらに確保しつつ、高いドライブレベル特性が確保できる長さに実効値Ｌを調整できるので、ドライブレベル特性をさらに向上することができる。
【００３６】
（実施形態の第３変形例、段差状の溝部）
次に、実施形態の第３変形例について説明する。
図７は、実施形態の第３変形例の説明図である。
上述の実施形態では、溝部５の幅を漸次テーパ状に狭くすることにより、溝部５の−Ｘ側の幅を他の部分の幅よりも狭く形成していた。しかし、第３変形例では、図７に示すように、溝部５の−Ｘ側の幅を所定位置から段差状に狭くなるように形成している点で異なっている。なお、溝部５の形状以外の構成は上述した実施形態と同一であるため説明を省略する。
第３変形例では、溝部５の−Ｘ側の幅は、基部４と振動腕部３ａ，３ｂとの接続部から＋Ｘ側に向かって、距離γの位置から段差状に急激に狭くなるように形成されている。このように溝部５の幅を段差状に狭くしても、実施形態の溝部５の幅を漸次テーパ状に狭くしたときと同様の効果が得られる。すなわち、溝部５の−Ｘ側を狭く形成することにより、振動腕部３ａ，３ｂと基部４との接続部付近で、振動腕部側面３ｃ，３ｄと溝部側面５ａとの間に形成される領域Ｓ１〜Ｓ４を広く確保することができる。また、領域Ｓ１〜Ｓ４のＹ方向における肉厚を厚くすることができるので、振動腕部３ａ，３ｂの−Ｘ側の剛性が向上する。したがって、溝部５を一定幅で形成した場合と比較して、ＣＩ値を低く抑制するのと同時に、ドライブレベル特性を向上させることができる。
【００３７】
（圧電振動子）
次に、本実施形態の圧電振動片を用いた圧電振動子について説明する。
図８は圧電振動子の外観斜視図である。
図９は圧電振動子の内部構成図であって、リッド基板を取り外した状態の平面図である。
図１０は図２のＢ−Ｂ線における断面図である。
図１１は図１に示す圧電振動子の分解斜視図である。
なお、ベース基板３１のリッド基板３２との接合面を第１面Ｕとし、ベース基板３１の外側の面を第２面Ｓとして説明する。また、図１１においては、図面を見易くするために励振電極１０，１１、引き出し電極１４ａ，１４ｂ、マウント電極１２，１３および重り金属膜１５の図示を省略している。
図８から図１１に示すように、本実施形態の圧電振動子３０は、ベース基板３１およびリッド基板３２が接合膜３７を介して陽極接合されたパッケージと、パッケージのキャビティＣに収納された圧電振動片１と、を備えた表面実装型の圧電振動子３０である。
図８、図１０および図１１に示すように、ベース基板３１およびリッド基板３２は、ガラス材料、例えばソーダ石灰ガラスからなる陽極接合可能な基板であり、略板状に形成されている。リッド基板３２におけるベース基板３１との接合面側には、圧電振動片１を収容するキャビティ用凹部３２ａが形成されている。
【００３８】
リッド基板３２におけるベース基板３１との接合面側の全体に、陽極接合用の接合膜３７が形成されている。すなわち接合膜３７は、キャビティ用凹部３２ａの内面全体に加えて、キャビティ用凹部３２ａの周囲の額縁領域に形成されている。本実施形態の接合膜３７はシリコン膜で形成されているが、接合膜３７をアルミニウム（Ａｌ）やＣｒ等で形成することも可能である。後述するように、この接合膜３７とベース基板３１とが陽極接合され、キャビティＣが真空封止されている。
【００３９】
図１０に示すように、圧電振動子３０は、ベース基板３１を厚さ方向に貫通し、キャビティＣの内側と圧電振動子３０の外側とを導通する貫通電極３５，３６を備えている。貫通電極３５，３６は、ベース基板３１を貫通する貫通孔３３，３４内に配置されている。
貫通孔３３，３４の中心軸に垂直な方向の断面形状は、円形状となるように形成されている。また、図９および図１０に示すように、貫通孔３３，３４は、圧電振動子３０を形成したときにキャビティＣ内に収まるように形成される。より詳しく説明すると、貫通孔３３，３４は、圧電振動片１の基部４側に対応した位置に一方の貫通孔３３が形成され、振動腕部３ａ，３ｂの＋Ｘ側に対応した位置に他方の貫通孔３４が形成される。
【００４０】
貫通電極３５，３６は、例えば貫通孔３３，３４に金属ピン（不図示）を挿入したのち、貫通孔３３，３４と金属ピンとの間にガラスフリットを充填して焼成することで形成される。このように、金属ピンとガラスフリットとで貫通孔３３，３４を完全に塞ぐことができるので、キャビティＣ内の気密を維持しつつ、後述する引き回し電極３８，３９と外部電極４０，４１とを導通させる役割を担っている。
【００４１】
図９から図１１に示すように、ベース基板３１の第１面Ｕ側には、一対の引き回し電極３８，３９がパターニングされている。一対の引き回し電極３８，３９のうち、一方の引き回し電極３８は、一方の貫通電極３５の真上に位置するように形成されている。また、他方の引き回し電極３９は、一方の引き回し電極３８に隣接した位置から、振動腕部３ａ，３ｂに沿って＋Ｘ側に引き回しされた後、他方の貫通電極３６の真上に位置するように形成されている。
【００４２】
そして、これら一対の引き回し電極３８，３９上にそれぞれ金等からなる先細り形状のバンプＢが形成されており、バンプＢを利用して圧電振動片１の一対のマウント電極１２，１３が実装されている。これにより、圧電振動片１の一方のマウント電極１３が、一方の引き回し電極３８を介して一方の貫通電極３５に導通し、他方のマウント電極１２が、他方の引き回し電極３９を介して他方の貫通電極３６に導通するようになっている。
【００４３】
またベース基板３１の第２面Ｓには、一対の外部電極４０，４１が形成されている。一対の外部電極４０，４１は、ベース基板３１のＸ方向の両端部に形成され、一対の貫通電極３５，３６に対してそれぞれ電気的に接続されている。
【００４４】
このように構成された圧電振動子３０を作動させる場合には、ベース基板３１に形成された外部電極４０，４１に対して、所定の駆動電圧を印加する。これにより、圧電振動片１の第１の励振電極１０および第２の励振電極１１に電圧を印加することができるので、一対の振動腕部３ａ，３ｂを接近および離間させる方向に所定の周波数で振動させることができる。そして、この一対の振動腕部３ａ，３ｂの振動を利用して、時刻源や制御信号のタイミング源、リファレンス信号源等として圧電振動子３０を利用することができる。
【００４５】
（発振器）
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図１２を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器１１０は、図１２に示すように、圧電振動子３０を、集積回路１１１に電気的に接続された発振子として構成したものである。この発振器１１０は、コンデンサ等の電子素子部品１１２が実装された基板１１３を備えている。基板１１３には、発振器用の集積回路１１１が実装されており、この集積回路１１１の近傍に、圧電振動子３０の圧電振動片が実装されている。これら電子素子部品１１２、集積回路１１１及び圧電振動子３０は、図示しない配線パターンによってそれぞれ電気的に接続されている。なお、各構成部品は、図示しない樹脂によりモールドされている。
【００４６】
このように構成された発振器１１０において、圧電振動子３０に電圧を印加すると、圧電振動子３０内の圧電振動片が振動する。この振動は、圧電振動片が有する圧電特性により電気信号に変換されて、集積回路１１１に電気信号として入力される。入力された電気信号は、集積回路１１１によって各種処理がなされ、周波数信号として出力される。これにより、圧電振動子３０が発振子として機能する。
また、集積回路１１１の構成を、例えば、ＲＴＣ（リアルタイムクロック）モジュール等を要求に応じて選択的に設定することで、時計用単機能発振器等の他、当該機器や外部機器の動作日や時刻を制御したり、時刻やカレンダー等を提供したりする機能を付加することができる。
【００４７】
本実施形態の発振器１１０によれば、高いドライブレベル特性を確保することができる圧電振動子３０を備えているので、性能が良好な発振器１１０を製造することができる。
【００４８】
（電子機器）
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図１３を参照して説明する。なお電子機器として、前述した圧電振動子３０を有する携帯情報機器１２０を例にして説明する。
始めに本実施形態の携帯情報機器１２０は、例えば、携帯電話に代表されるものであり、従来技術における腕時計を発展、改良したものである。外観は腕時計に類似し、文字盤に相当する部分に液晶ディスプレイを配し、この画面上に現在の時刻等を表示させることができるものである。また、通信機として利用する場合には、手首から外し、バンドの内側部分に内蔵されたスピーカ及びマイクロフォンによって、従来技術の携帯電話と同様の通信を行うことが可能である。しかしながら、従来の携帯電話と比較して、格段に小型化及び軽量化されている。
【００４９】
次に、本実施形態の携帯情報機器１２０の構成について説明する。この携帯情報機器１２０は、図１３に示すように、圧電振動子３０と、電力を供給するための電源部１２１とを備えている。電源部１２１は、例えば、リチウム二次電池からなっている。この電源部１２１には、各種制御を行う制御部１２２と、時刻等のカウントを行う計時部１２３と、外部との通信を行う通信部１２４と、各種情報を表示する表示部１２５と、それぞれの機能部の電圧を検出する電圧検出部１２６とが並列に接続されている。そして、電源部１２１によって、各機能部に電力が供給されるようになっている。
【００５０】
制御部１２２は、各機能部を制御して音声データの送信や受信、現在時刻の計測、表示等、システム全体の動作制御を行う。また、制御部１２２は、予めプログラムが書き込まれたＲＯＭと、該ＲＯＭに書き込まれたプログラムを読み出して実行するＣＰＵと、該ＣＰＵのワークエリアとして使用されるＲＡＭ等とを備えている。
【００５１】
計時部１２３は、発振回路やレジスタ回路、カウンタ回路、インターフェース回路等を内蔵する集積回路と、圧電振動子３０とを備えている。圧電振動子３０に電圧を印加すると圧電振動片が振動し、該振動が水晶の有する圧電特性により電気信号に変換されて、発振回路に電気信号として入力される。発振回路の出力は二値化され、レジスタ回路とカウンタ回路とにより計数される。そして、インターフェース回路を介して、制御部１２２と信号の送受信が行われ、表示部１２５に、現在時刻や現在日付或いはカレンダー情報等が表示される。
【００５２】
通信部１２４は、従来の携帯電話と同様の機能を有し、無線部１２７、音声処理部１２８、切替部１２９、増幅部１３０、音声入出力部１３１、電話番号入力部１３２、着信音発生部１３３及び呼制御メモリ部１３４を備えている。
無線部１２７は、音声データ等の各種データを、アンテナ１３５を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部１２８は、無線部１２７又は増幅部１３０から入力された音声信号を符号化及び複号化する。増幅部１３０は、音声処理部１２８又は音声入出力部１３１から入力された信号を、所定のレベルまで増幅する。音声入出力部１３１は、スピーカやマイクロフォン等からなり、着信音や受話音声を拡声したり、音声を集音したりする。
【００５３】
また、着信音発生部１３３は、基地局からの呼び出しに応じて着信音を生成する。切替部１２９は、着信時に限って、音声処理部１２８に接続されている増幅部１３０を着信音発生部１３３に切り替えることによって、着信音発生部１３３において生成された着信音が増幅部１３０を介して音声入出力部１３１に出力される。
なお、呼制御メモリ部１３４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１３２は、例えば、０から９の番号キー及びその他のキーを備えており、これら番号キー等を押下することにより、通話先の電話番号等が入力される。
【００５４】
電圧検出部１２６は、電源部１２１によって制御部１２２等の各機能部に対して加えられている電圧が、所定の値を下回った場合に、その電圧降下を検出して制御部１２２に通知する。このときの所定の電圧値は、通信部１２４を安定して動作させるために必要な最低限の電圧として予め設定されている値であり、例えば、３Ｖ程度となる。電圧検出部１２６から電圧降下の通知を受けた制御部１２２は、無線部１２７、音声処理部１２８、切替部１２９及び着信音発生部１３３の動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部１２７の動作停止は、必須となる。更に、表示部１２５に、通信部１２４が電池残量の不足により使用不能になった旨が表示される。
【００５５】
すなわち、電圧検出部１２６と制御部１２２とによって、通信部１２４の動作を禁止し、その旨を表示部１２５に表示することができる。この表示は、文字メッセージであっても良いが、より直感的な表示として、表示部１２５の表示面の上部に表示された電話アイコンに、×（バツ）印を付けるようにしても良い。
なお、通信部１２４の機能に係る部分の電源を、選択的に遮断することができる電源遮断部１３６を備えることで、通信部１２４の機能をより確実に停止することができる。
【００５６】
本実施形態の携帯情報機器１２０によれば、高いドライブレベル特性を確保することができる圧電振動子３０を備えているので、性能が良好な携帯情報機器１２０を製造することができる。
【００５７】
（電波時計）
次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図１４を参照して説明する。
本実施形態の電波時計１４０は、図１４に示すように、フィルタ部１４１に電気的に接続された圧電振動子３０を備えたものであり、時計情報を含む標準の電波を受信して、正確な時刻に自動修正して表示する機能を備えた時計である。
日本国内には、福島県（４０ｋＨｚ）と佐賀県（６０ｋＨｚ）とに、標準の電波を送信する送信所（送信局）があり、それぞれ標準電波を送信している。４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚのような長波は、地表を伝播する性質と、電離層と地表とを反射しながら伝播する性質とを併せもつため、伝播範囲が広く、前述した２つの送信所で日本国内を全て網羅している。
【００５８】
以下、電波時計１４０の機能的構成について詳細に説明する。
アンテナ１４２は、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚの長波の標準電波を受信する。長波の標準電波は、タイムコードと呼ばれる時刻情報を、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚの搬送波にＡＭ変調をかけたものである。受信された長波の標準電波は、アンプ１４３によって増幅され、複数の圧電振動子３０を有するフィルタ部１４１によって濾波、同調される。
本実施形態における圧電振動子３０は、前記搬送周波数と同一の４０ｋＨｚ及び６０ｋＨｚの共振周波数を有する水晶振動子部１４８、１４９をそれぞれ備えている。
【００５９】
更に、濾波された所定周波数の信号は、検波、整流回路１４４により検波復調される。
続いて、波形整形回路１４５を介してタイムコードが取り出され、ＣＰＵ１４６でカウントされる。ＣＰＵ１４６では、現在の年や積算日、曜日、時刻等の情報を読み取る。読み取られた情報は、ＲＴＣ１４８に反映され、正確な時刻情報が表示される。
搬送波は、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚであるから、水晶振動子部１４８、１４９は、前述した音叉型の構造を持つ振動子が好適である。
【００６０】
なお、前述の説明は、日本国内の例で示したが、長波の標準電波の周波数は、海外では異なっている。例えば、ドイツでは７７．５ＫＨｚの標準電波が用いられている。従って、海外でも対応可能な電波時計１４０を携帯機器に組み込む場合には、さらに日本の場合とは異なる周波数の圧電振動子３０を必要とする。
【００６１】
本実施形態の電波時計１４０によれば、高いドライブレベル特性を確保することができる圧電振動子３０を備えているので、性能が良好な電波時計１４０を製造することができる。
【００６２】
なお、この発明は上述した実施の形態に限られるものではない。
本実施形態では、表面実装型の圧電振動子に本発明の圧電振動片を採用している。しかし、これに限らず、例えばシリンダーパッケージタイプの圧電振動子に本発明の圧電振動片を採用しても構わない。
【符号の説明】
【００６３】
１・・・圧電振動片  ４・・・基部  ４ａ・・・マウント部  ４ｂ・・・中間部  ４ｃ・・・傾斜面  ３（３ａ，３ｂ）・・・振動腕部  ５・・・溝部  ６・・・段差部  １０，１１・・・励振電極  １２，１３・・・マウント電極  １４ａ，１４ｂ・・・引き出し電極  ３０・・・圧電振動子  １１０・・・発振器  １２０・・・携帯情報機器（電子機器）  １４０・・・電波時計  Ｓ４０・・・実装工程
【図１】
2012039509.tif 000003
【図２】
2012039509.tif 000004
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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