JP2013187854A - Piezoelectric vibration piece, piezoelectric vibrator, oscillator, electronic apparatus, and atomic clock - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、圧電振動片、圧電振動子、この圧電振動子を用いた発振器、電子機器および電波時計に関するものである。 The present invention relates to a piezoelectric vibrating piece, a piezoelectric vibrator, an oscillator using the piezoelectric vibrator, an electronic device, and a radio timepiece.
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パッケージに封入した圧電振動子が知られている。 In cellular phones and portable information terminal devices, piezoelectric vibrators using quartz or the like are used as time sources, timing sources of control signals, reference signal sources, and the like. Various types of piezoelectric vibrators of this type are provided, and one of them is a piezoelectric vibrator in which a so-called tuning fork type piezoelectric vibrating piece is enclosed in a package.
音叉型の圧電振動片は、幅方向に並んで配置された一対の振動腕部と、一対の振動腕部の長手方向の基端側を一体的に固定する基部とを有する、薄板状の水晶片である。この圧電振動片は、各振動腕部に形成された励振電極に電圧が印加されると、一対の振動腕部が接近および離間するように、幅方向に所定の共振周波数で振動する。 A tuning-fork type piezoelectric vibrating piece includes a pair of vibrating arm portions arranged side by side in the width direction and a thin plate-like crystal having a base portion that integrally fixes the base end sides in the longitudinal direction of the pair of vibrating arm portions. It is a piece. When a voltage is applied to the excitation electrode formed on each vibrating arm portion, the piezoelectric vibrating piece vibrates at a predetermined resonance frequency in the width direction so that the pair of vibrating arm portions approach and separate from each other.
近年、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。圧電振動片の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、振動腕部の両主面に溝部を形成する方法が広く知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の圧電振動片は、基部と、前記基部から突出して形成されている複数の振動腕部と、を備え、各振動腕部の表面部及び裏面部に、溝部が形成されている。溝部により、振動腕部の長手方向に垂直な断面の形状は略H型となっている。
In recent years, with the downsizing of devices to be mounted, further downsizing of the piezoelectric vibrating piece is desired. As a method for reducing the size of the piezoelectric vibrating piece while keeping the CI value (Crystal Impedance) of the piezoelectric vibrating piece low, a method of forming grooves on both main surfaces of the vibrating arm is widely known (for example, patents). Reference 1).
The piezoelectric vibrating piece described in
しかし、圧電振動片に溝部を形成した場合、溝部を形成していない場合と比較して、振振動腕部の長手方向に垂直な断面の面積(以下「振動腕部の断面積」という。)が小さくなり、振動腕部の厚み方向に対する曲げ剛性およびねじり剛性(以下、単に「剛性」という。)が確保できず、外部衝撃等に対する耐衝撃性が低下するおそれがある。 However, when the groove portion is formed in the piezoelectric vibrating piece, the cross-sectional area perpendicular to the longitudinal direction of the vibration-vibrating arm portion (hereinafter referred to as “cross-sectional area of the vibrating arm portion”) is compared with the case where the groove portion is not formed. , The bending rigidity and torsional rigidity (hereinafter simply referred to as “rigidity”) in the thickness direction of the vibrating arm portion cannot be secured, and the impact resistance against external impacts and the like may be reduced.
また、圧電振動片がパッケージに封入されている場合には、基部がパッケージにマウントされて固定されている。このため、パッケージを介して圧電振動片に対して外部衝撃等が加わった場合には、振動腕部の基部との接続部分近傍に応力が集中する。したがって、特に、振動腕部の基部との接続部分近傍において、外部衝撃に対する耐衝撃性を確保できないおそれがある。 When the piezoelectric vibrating piece is sealed in the package, the base is mounted and fixed on the package. For this reason, when an external impact or the like is applied to the piezoelectric vibrating piece through the package, stress concentrates in the vicinity of the connection portion with the base portion of the vibrating arm portion. Therefore, particularly in the vicinity of the connection portion with the base portion of the vibrating arm portion, there is a possibility that the impact resistance against the external impact cannot be ensured.
そこで本発明は、CI値を低く抑えつつ、振動腕部の剛性を確保して耐衝撃性を向上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。 Accordingly, the present invention provides a piezoelectric vibrating piece that can improve the impact resistance by securing the rigidity of the vibrating arm while keeping the CI value low, and a piezoelectric vibrator, an oscillator, an electronic device, and a radio timepiece using the piezoelectric vibrating piece. The issue is to provide
上記の課題を解決するため、本発明の圧電振動片は、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に形成され、前記振動腕部の長手方向に沿って延びる一対の溝部と、前記一対の振動腕部の前記長手方向の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、前記振動腕部の両主面に形成された前記一対の溝部のうち、少なくとも一方の前記溝部の底部には、前記長手方向の先端側から前記長手方向の基端側に向かって、前記溝部の開口側に膨出する膨出部が形成されていることを特徴としている。 In order to solve the above-described problem, a piezoelectric vibrating piece according to the present invention is formed on a pair of vibrating arm portions arranged side by side and both main surfaces of the vibrating arm portion, along the longitudinal direction of the vibrating arm portion. A piezoelectric vibrating piece comprising a pair of extending groove portions and a base portion to which the base end sides in the longitudinal direction of the pair of vibrating arm portions are connected, wherein the pair is formed on both main surfaces of the vibrating arm portion. A bulging portion that bulges toward the opening side of the groove portion from the distal end side in the longitudinal direction toward the proximal end side in the longitudinal direction is formed at the bottom of at least one of the groove portions. It is characterized by that.
本発明によれば、溝部の底部に膨出部を形成することで、振動腕部の溝部形成領域の厚さを確保し、断面積を大きくできる。これにより、振動腕部に溝部を形成しつつ従来技術よりも振動腕部の剛性を高く確保できるので、CI値を低く抑えつつ振動腕部の耐衝撃性を向上できる。さらに、膨出部は、振動腕部の長手方向の先端側から基端側に向かって、溝部の開口側に膨出しているので、振動腕部の溝部形成領域の基端側における断面積を大きく確保できる。したがって、特に、振動腕部の基部との接続部分近傍において、外部衝撃に対する耐衝撃性を向上できる。 According to the present invention, by forming the bulging portion at the bottom of the groove portion, the thickness of the groove forming region of the vibrating arm portion can be ensured and the cross-sectional area can be increased. Accordingly, the rigidity of the vibrating arm portion can be ensured higher than that of the conventional technology while forming the groove portion in the vibrating arm portion, and thus the impact resistance of the vibrating arm portion can be improved while keeping the CI value low. Further, since the bulging portion bulges toward the opening side of the groove portion from the distal end side in the longitudinal direction of the vibrating arm portion to the proximal end side, the sectional area on the proximal end side of the groove forming region of the vibrating arm portion is reduced. Largely secured. Therefore, particularly in the vicinity of the connection portion with the base portion of the vibrating arm portion, it is possible to improve the impact resistance against external impact.
また、前記膨出部は、前記長手方向の前記先端側から前記基端側に向かって、前記溝部の開口側に漸次膨出するように形成されていることを特徴としている。 Further, the bulging portion is formed so as to gradually bulge toward the opening side of the groove portion from the distal end side in the longitudinal direction toward the proximal end side.
本発明によれば、膨出部は、振動腕部の長手方向の先端側から基端側に向かって、漸次溝部の開口側に膨出しているので、振動腕部の先端側から基端側における断面積を漸次大きくできる。これにより、振動腕部の剛性も振動腕部の先端側から基端側に向かって漸次高くなるので、圧電振動片に外部衝撃が加わったときに振動腕部の特定箇所に応力が集中するのを防止でき、振動腕部の耐衝撃性をさらに向上できる。また、膨出部は、振動腕部の基端側よりも先端側の高さが低くなるように形成されているので、振動腕部の先端側において、溝部の幅方向側面の面積を広く確保できる。したがって、圧電振動片のCI値をより低く抑えることができる。 According to the present invention, since the bulging portion gradually bulges from the distal end side in the longitudinal direction of the vibrating arm portion toward the proximal end side toward the opening side of the groove portion, the proximal end side from the distal end side of the vibrating arm portion. The cross-sectional area at can be increased gradually. As a result, the rigidity of the vibrating arm portion gradually increases from the distal end side to the proximal end side of the vibrating arm portion, so that stress is concentrated on a specific portion of the vibrating arm portion when an external impact is applied to the piezoelectric vibrating piece. And the impact resistance of the vibrating arm can be further improved. In addition, since the bulging part is formed so that the height on the distal end side is lower than the proximal end side of the vibrating arm part, a wide area on the side surface in the width direction of the groove part is secured on the distal end side of the vibrating arm part. it can. Therefore, the CI value of the piezoelectric vibrating piece can be further reduced.
また、前記膨出部は、前記振動腕部の幅方向における中央部が開口側に膨出するように形成されていることを特徴としている。 Further, the bulging portion is characterized in that a central portion in the width direction of the vibrating arm portion is bulged toward the opening side.
本発明によれば、膨出部は、振動腕部の長手方向の先端側から基端側に向かって溝部の開口側に膨出するとともに、振動腕部の幅方向における中央部が溝部の開口側に向かってリブ状に膨出しているので、振動腕部の長手方向の全体にわたって、溝部形成領域の断面積を大きく確保できる。したがって、振動腕部の基端側の剛性を高く確保できるとともに、長手方向の全体にわたって剛性を確保できるので、外部衝撃に対する耐衝撃性をさらに向上できる。また、溝部の幅方向における中央部のみが、振動腕部の長手方向の先端側から基端側に向かって溝部の開口側に膨出することで、振動腕部の長手方向の全域にわたって、溝部の幅方向側面の面積を広く確保できる。したがって、圧電振動片のCI値をさらに低く抑えることができるので、駆動効率に優れた圧電振動片を形成できる。 According to the present invention, the bulging portion bulges toward the opening side of the groove portion from the distal end side in the longitudinal direction of the vibrating arm portion toward the proximal end side, and the central portion in the width direction of the vibrating arm portion is the opening of the groove portion. Since the rib bulges toward the side, a large cross-sectional area of the groove forming region can be secured over the entire length of the vibrating arm portion. Accordingly, the rigidity on the base end side of the vibrating arm portion can be ensured high, and the rigidity can be ensured over the entire lengthwise direction, so that the impact resistance against external impact can be further improved. Further, only the central portion in the width direction of the groove portion bulges from the distal end side in the longitudinal direction of the vibrating arm portion toward the proximal end side toward the opening side of the groove portion, so that the groove portion extends over the entire longitudinal direction of the vibrating arm portion. The area of the side surface in the width direction can be secured widely. Therefore, since the CI value of the piezoelectric vibrating piece can be further reduced, a piezoelectric vibrating piece having excellent driving efficiency can be formed.
また、本発明の圧電振動子は、上述した圧電振動片を備えたことを特徴としている。
本発明によれば、CI値を低く抑えつつ、振動腕部の剛性を確保して耐衝撃性を向上できる圧電振動片を備えているので、駆動効率および耐衝撃性に優れた圧電振動子を提供できる。
The piezoelectric vibrator of the present invention is characterized by including the above-described piezoelectric vibrating piece.
According to the present invention, the piezoelectric vibrator having excellent driving efficiency and impact resistance is provided because the piezoelectric vibrating piece capable of improving the impact resistance by securing the rigidity of the vibrating arm portion while keeping the CI value low is provided. Can be provided.
また、本発明の発振器は、上述した圧電振動子が、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、上述した圧電振動子が、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、上述した圧電振動子が、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。
The oscillator according to the present invention is characterized in that the above-described piezoelectric vibrator is electrically connected to an integrated circuit as an oscillator.
The electronic apparatus according to the present invention is characterized in that the above-described piezoelectric vibrator is electrically connected to a time measuring unit.
The radio-controlled timepiece of the present invention is characterized in that the above-described piezoelectric vibrator is electrically connected to a filter unit.
本発明の発振器、電子機器および電波時計によれば、駆動効率および耐衝撃性に優れた圧電振動子を備えているので、高効率で耐衝撃性に優れた高性能な発振器、電子機器および電波時計を提供できる。 According to the oscillator, electronic device, and radio timepiece of the present invention, since the piezoelectric vibrator having excellent driving efficiency and shock resistance is provided, the high-performance oscillator, electronic device, and radio wave having high efficiency and excellent shock resistance are provided. Can provide a clock.
本発明によれば、溝部の底部に膨出部を形成することで、振動腕部の溝部形成領域の厚さを確保し、断面積を大きくできる。これにより、振動腕部に溝部を形成しつつ従来技術よりも振動腕部の剛性を高く確保できるので、CI値を低く抑えつつ振動腕部の耐衝撃性を向上できる。さらに、膨出部は、振動腕部の長手方向の先端側から基端側に向かって、溝部の開口側に膨出しているので、振動腕部の溝部形成領域の基端側における断面積を大きく確保できる。したがって、特に、振動腕部の基部との接続部分近傍において、外部衝撃に対する耐衝撃性を向上できる。 According to the present invention, by forming the bulging portion at the bottom of the groove portion, the thickness of the groove forming region of the vibrating arm portion can be ensured and the cross-sectional area can be increased. Accordingly, the rigidity of the vibrating arm portion can be ensured higher than that of the conventional technology while forming the groove portion in the vibrating arm portion, and thus the impact resistance of the vibrating arm portion can be improved while keeping the CI value low. Further, since the bulging portion bulges toward the opening side of the groove portion from the distal end side in the longitudinal direction of the vibrating arm portion to the proximal end side, the sectional area on the proximal end side of the groove forming region of the vibrating arm portion is reduced. Largely secured. Therefore, particularly in the vicinity of the connection portion with the base portion of the vibrating arm portion, it is possible to improve the impact resistance against external impact.
(実施形態の圧電振動片)
以下に、本発明の実施形態に係る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4の平面図である。
図2は、図1のA−A線における断面図である。
図1に示すように、本実施形態の圧電振動片4は、圧電振動片4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。この圧電振動片4は、平行に配置された一対の振動腕部10,11と、前記一対の振動腕部10,11の基端側を一体的に固定する基部12と、一対の振動腕部10,11の両主面上に形成された溝部18とを備えている。
(Piezoelectric Vibrating Piece of Embodiment)
Hereinafter, a piezoelectric vibrating piece according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view of the piezoelectric vibrating
2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
As shown in FIG. 1, the piezoelectric vibrating
(溝部)
以下に、本実施形態の溝部18について説明をする。
溝部18は、振動腕部10,11の長手方向に沿って、振動腕部10,11の基端側から略中間付近まで形成されている。図2に示すように、振動腕部10,11の長手方向と直交する溝部18の断面形状は、略H字形状に形成されている。
(Groove)
Below, the
The
図3は、図1のB−B線に沿った断面図である。なお、図3では、溝部18の底部18aを、溝部18の最も深い位置における振動腕部10,11の両主面に平行な面と定義し、二点鎖線で図示している。
図3に示すように、振動腕部10,11の両主面に形成された溝部18の底部18aには、膨出部23が形成されている。
3 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. In FIG. 3, the
As shown in FIG. 3, a bulging
膨出部23は、振動腕部10,11の長手方向の先端側(図3における右側)から前記長手方向の基端側(図3における左側)に向かって、溝部18の開口18b側に漸次膨出するように形成されている。これにより、膨出部23の溝部18の開口18b側の面は、振動腕部10,11の長手方向の先端側から基端側に向かって、溝部18の開口18b側に傾斜する傾斜面23aとなっている。このように溝部18内に傾斜面23aを形成する場合には、レーザエッチング加工やFIB(Focused Ion Beam:集積イオンビーム)加工等の加工方法が好適である。
The bulging
膨出部23の膨出高さに対応する溝部18の深さは、要求されるCI値および振動腕部10,11の剛性に基づいて決定される。具体的には、以下のように溝部18の深さが決定される。
例えば、従来技術の圧電振動片と同等以上のCI値を確保したい場合において、本実施形態の基端側における溝部18の深さをh1とし、先端側における溝部18の深さをh2とし、従来技術の圧電振動片の溝部の深さをh3としたとき、本実施形態における基端側の溝部18の深さh1、先端側の溝部18の深さh2、および従来技術の圧電振動片の溝部の深さh3は、
h3≦(h1+h2)/2・・・(1)
の関係を満たすように設定される。
(1)式を満たすことで、側面視で略台形状に形成された溝部18の幅方向側面18cの面積は、従来技術の圧電振動片における溝部の幅方向側面の面積と同等以上の大きさに確保される。したがって、従来技術の圧電振動片と同等以上のCI値を確保できる。
The depth of the
For example, when it is desired to secure a CI value equal to or higher than that of the piezoelectric vibrating piece of the prior art, the depth of the
h3 ≦ (h1 + h2) / 2 (1)
Is set to satisfy the relationship.
By satisfying the expression (1), the area of the width
図4は、図1のC−C線に沿った断面図である。
振動腕部10,11の長手方向の先端側から基端側に向かって、溝部18の開口18b側に漸次膨出するように膨出部23を形成することで(図3参照)、図4に示す溝部18形成領域における基端側の振動腕部10,11の断面積S2は、図2に示す先端側の断面積S1よりも大きくなっている。すなわち、溝部18形成領域における振動腕部10,11の断面積(以下、単に「振動腕部10,11の断面積」ということがある。)は、膨出部23の膨出量に対応して、基端側の断面積S2が先端側の断面積S1よりも大きくなっている。これにより、振動腕部10,11の溝部18形成領域における剛性は、先端側よりも基端側のほうが高く確保される。
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.
By forming the bulging
また、膨出部23は、先端側から基端側に向かって漸次膨出しているので、振動腕部10,11の断面積も、先端側から基端側に向かって漸次大きくなる。これにより、振動腕部10,11の剛性も振動腕部10,11の先端側から基端側に向かって漸次高くなるので、圧電振動片4に外部衝撃が加わったときに振動腕部10,11の特定箇所に応力が集中するのが防止される。
また、膨出部23は、先端側から基端側に向かって漸次膨出しているので、振動腕部10,11の先端側において、溝部18の幅方向側面18cの面積が広く確保されている。したがって、圧電振動片4のCI値をより低く抑えることができる。
Further, since the bulging
Further, since the bulging
(各電極)
上述のように形成された圧電振動片4は、図1に示すように、一対の振動腕部10,11の外表面上に形成されて一対の振動腕部10,11を振動させる第一の励振電極13および第二の励振電極14からなる励振電極15と、圧電振動片4をパッケージに実装するために基部12に形成されたマウント電極16,17と、第一の励振電極13および第二の励振電極14とマウント電極16,17とを電気的接続する引き出し電極19,20と、を有している。
(Each electrode)
As shown in FIG. 1, the piezoelectric vibrating
励振電極15および引き出し電極19,20は、後述するマウント電極16,17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16,17の下地層を成膜するのと同時に、励振電極15および引き出し電極19,20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、チタン等により励振電極15および引き出し電極19,20を成膜しても構わない。
The
励振電極15は、一対の振動腕部10,11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。励振電極15を構成する第一の励振電極13および第二の励振電極14は、一対の振動腕部10,11の外表面に、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(図2参照)。また、第一の励振電極13および第二の励振電極14は、基部12の両主面上において、それぞれ引き出し電極19,20を介して、後述するマウント電極16,17に電気的に接続されている。
The
マウント電極16,17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膜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。
The
一対の振動腕部10,11の先端には、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)を行うための重り金属膜21が被膜されている。この重り金属膜21は、周波数を粗く調整する際に使用される粗調膜21aと、微小に調整する際に使用される微調膜21bとに分かれている。これら粗調膜21aおよび微調膜21bを利用して周波数調整を行うことで、一対の振動腕部10,11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。
A
(実施形態の効果)
本実施形態によれば、図3に示すように、溝部18の底部18aに膨出部23を形成することで、振動腕部10,11の溝部18形成領域の厚さを確保し、断面積を大きくできる。これにより、振動腕部10,11に溝部18を形成しつつ、従来技術よりも振動腕部10,11の剛性を高く確保できるので、CI値を低く抑えつつ振動腕部10,11の耐衝撃性を向上できる。さらに、膨出部23は、振動腕部10,11の長手方向の先端側から基端側に向かって、溝部18の開口18b側に膨出しているので、振動腕部10,11の溝部18形成領域の基端側における断面積S2(図4参照)を大きく確保できる。したがって、特に、振動腕部10,11の基部12との接続部分近傍において、外部衝撃に対する耐衝撃性を向上できる。
(Effect of embodiment)
According to the present embodiment, as shown in FIG. 3, by forming the bulging
(実施形態の変形例)
次に、実施形態の変形例について説明する。
図5は、実施形態の変形例における溝部18の先端側の断面図である。なお、図5の断面図は、図1におけるA−A線に沿った断面の位置に相当している。
図6は、実施形態の変形例における溝部18の基端側の断面図である。なお、図6の断面図は、図1におけるC−C線に沿った断面の位置に相当している。また、図5および図6では、励振電極13,14の図示を省略している。また、変形例の振動腕部10,11の長手方向に沿った膨出部23の断面形状は、実施形態における図3と同一となる。したがって、以下では図3、図5および図6を適宜用いて変形例の膨出部23について説明する。
(Modification of the embodiment)
Next, a modification of the embodiment will be described.
FIG. 5 is a cross-sectional view of the front end side of the
FIG. 6 is a cross-sectional view of the proximal end side of the
実施形態の圧電振動片4は、膨出部23が、振動腕部10,11の長手方向の先端側から前記長手方向の基端側に向かって、溝部18の開口18b側に漸次膨出するように形成されていた(図3参照)。
これに対して、実施形態の変形例の圧電振動片4は、図5に示すように、膨出部23が、振動腕部10,11の幅方向における中央部において開口18b側に膨出するように形成されているとともに、振動腕部10,11の長手方向の先端側から前記長手方向の基端側に向かって、溝部18の開口18b側に漸次膨出するように形成されている点で、実施形態とは異なっている。なお、実施形態と同様の構成部分については説明を省略する。
In the piezoelectric vibrating
On the other hand, in the piezoelectric vibrating
図5に示すように、実施形態の変形例の膨出部23は、溝部18内において、振動腕部10,11の幅方向における中央部が開口18b側に膨出するように形成されている。具体的には、溝部18の膨出部23は、振動腕部10,11の長手方向と直交する断面形状が、底部18aを底辺とし、溝部18内の幅方向における中央部において開口18b側に突出する頂部23bを頂点とする、略二等辺三角形状に形成されている。
As shown in FIG. 5, the bulging
図3に示すように、膨出部23の頂部23bの高さは、振動腕部10,11の長手方向の先端側(図3における右側)から前記長手方向の基端側(図3における左側)に向かって、溝部18の開口18b側に漸次高くなるように形成されている。すなわち、変形例の膨出部23は、実施形態と同様に、振動腕部10,11の長手方向の先端側から前記長手方向の基端側に向かって、溝部18の開口18b側に漸次膨出するように形成されている。なお、膨出部23の頂部23bの高さは、要求されるCI値および振動腕部10,11の剛性に基づいて決定されるが、溝部18の深さよりも頂部23bの高さを低く形成することが、圧電振動片4の生産技術上好ましい。
As shown in FIG. 3, the height of the top 23 b of the bulging
また、溝部18の幅方向における中央部のみが、振動腕部10,11の長手方向の先端側から基端側に向かって溝部18の開口18b側に膨出して形成されているので、溝部18の幅方向側面18cは、従来技術と同様に側面視で略矩形状に形成される。このように、本変形例では、振動腕部10,11の長手方向の全域にわたって、溝部18の幅方向側面18cの面積が広く確保されている。
Further, only the central portion in the width direction of the
図3に示すように、振動腕部10,11の長手方向の先端側から基端側に向かって、溝部18の開口18b側に漸次膨出するように膨出部23を形成することで、図6に示す溝部18形成領域における基端側の振動腕部10,11の断面積S2は、図5に示す先端側の断面積S1よりも大きくなっている。具体的には、溝部18形成領域における振動腕部10,11の断面積は、膨出部23の膨出量(すなわち頂部23bの高さ)に対応して、基端側の断面積S2が先端側の断面積S1よりも大きくなっている。
As shown in FIG. 3, by forming the bulging
(変形例の効果)
本変形例によれば、実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、振動腕部10,11の溝部18形成領域における剛性を向上させ、特に基部12との接続部分近傍において、外部衝撃に対する耐衝撃性を向上できる。また、頂部23bが振動腕部10,11の剛性も振動腕部10,11の先端側から基端側に向かって漸次高くなるので、圧電振動片4に外部衝撃が加わったときに振動腕部10,11の特定箇所に応力が集中するのが防止される。
さらに、本変形例においては、膨出部23は、振動腕部10,11の幅方向における中央部が溝部18の開口18b側に向かってリブ状に膨出しているので、振動腕部10,11の長手方向の全体にわたって、溝部18形成領域の断面積を大きく確保できる。したがって、振動腕部10,11の基端側の剛性を高く確保できるとともに、長手方向の全体にわたって剛性を確保できるので、外部衝撃に対する耐衝撃性をさらに向上できる。また、溝部18の幅方向における中央部のみが、振動腕部10,11の長手方向の先端側から基端側に向かって溝部18の開口18b側に膨出することで、振動腕部10,11の長手方向の全域にわたって、溝部18の幅方向側面18cの面積を広く確保できる。したがって、圧電振動片4のCI値をさらに低く抑えることができるので、駆動効率に優れた圧電振動片4を形成できる。
(Effect of modification)
According to this modification, the same effect as the embodiment can be obtained. In other words, the rigidity of the vibrating
Further, in the present modification, the bulging
(圧電振動子)
次に、上述した製造方法により製造された圧電振動片4を備えたパッケージ9として、圧電振動子1について説明する。
図7は、圧電振動子1の外観斜視図である。
図8は、圧電振動子1の内部構成図であって、リッド基板3を取り外した状態の平面図である。
図9は、図8のD−D線に沿った断面図である。
図10は、図7に示す圧電振動子1の分解斜視図である。
なお、図10においては、図面を見易くするために後述する励振電極13,14、引き出し電極19,20、マウント電極16,17および重り金属膜21の図示を省略している。
図7に示すように、本実施形態の圧電振動子1は、ベース基板2およびリッド基板3が接合膜35を介して陽極接合されたパッケージ9と、図9に示すように、パッケージ9のキャビティ3aに収納された圧電振動片4とを備えた、いわゆる表面実装型の圧電振動子1である。
(Piezoelectric vibrator)
Next, the
FIG. 7 is an external perspective view of the
FIG. 8 is an internal configuration diagram of the
FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG.
FIG. 10 is an exploded perspective view of the
In FIG. 10, the
As shown in FIG. 7, the
図9に示すように、ベース基板2およびリッド基板3は、ガラス材料、例えばソーダ石灰ガラスからなる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3におけるベース基板2との接合面側には、圧電振動片4を収容するキャビティ3aが形成されている。
As shown in FIG. 9, the
リッド基板3におけるベース基板2との接合面側の全体に、陽極接合用の接合膜35(接合材)が形成されている。接合膜35は、キャビティ3aの内面全体に加えて、キャビティ3a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35は、アルミニウムにより形成されているが、クロムやシリコン等で接合膜35を形成することも可能である。この接合膜35とベース基板2とが陽極接合され、キャビティ3aが真空封止されている。
A bonding film 35 (bonding material) for anodic bonding is formed on the entire bonding surface side of the
圧電振動子1は、ベース基板2を厚さ方向に貫通し、キャビティ3aの内側と圧電振動子1の外側とを導通する貫通電極32,33を備えている。そして、貫通電極32,33は、ベース基板2を貫通する貫通孔30,31内に配置され、圧電振動片4と外部とを電気的に接続する金属ピン7と、貫通孔30,31と金属ピン7との間に充填される筒体6と、により形成されている。なお、以下には貫通電極32を例にして説明するが、貫通電極33についても同様である。また、貫通電極33、引き回し電極37および外部電極39の電気的接続についても、貫通電極32、引き回し電極36および外部電極39と同様となっている。
The
貫通孔30は、ベース基板2の上面U側から下面L側にかけて、内形が次第に大きくなるように形成されており、貫通孔30の中心軸Oを含む断面形状がテーパ状となるように形成されている。
金属ピン7は、銀やニッケル合金、アルミニウム等の金属材料により形成された導電性の棒状部材であり、鍛造やプレス加工により成型される。金属ピン7は、線膨張係数がベース基板2のガラス材料と近い金属、例えば、鉄を58重量パーセント、ニッケルを42重量パーセント含有する合金(42アロイ)で形成することが望ましい。
筒体6は、ペースト状のガラスフリットが焼成されたものである。筒体6の中心には、金属ピン7が筒体6を貫通するように配されており、筒体6は、金属ピン7および貫通孔30に対して強固に固着している。
The through
The
The
図10に示すように、ベース基板2の上面U側には、一対の引き回し電極36,37がパターニングされている。また、これら一対の引き回し電極36,37上にそれぞれ金等からなるバンプBが形成されており、前記バンプBを利用して圧電振動片4の一対のマウント電極が実装されている。これにより、圧電振動片4の一方のマウント電極17(図8参照)が、一方の引き回し電極36を介して一方の貫通電極32に導通し、他方のマウント電極16(図8参照)が、他方の引き回し電極37を介して他方の貫通電極33に導通するようになっている。
As shown in FIG. 10, a pair of lead-out
ベース基板2の下面Lには、一対の外部電極38,39が形成されている。一対の外部電極38,39は、ベース基板2の長手方向の両端部に形成され、一対の貫通電極32,33に対してそれぞれ電気的に接続されている。
A pair of
このように構成された圧電振動子1を作動させる場合には、ベース基板2に形成された外部電極38,39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4の第一の励振電極13および第二の励振電極14に電圧を印加できるので、一対の振動腕部10,11を接近・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10,11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利用できる。
When the
(効果)
本発明によれば、CI値を低く抑えつつ、振動腕部10,11の剛性を確保して耐衝撃性を向上できる圧電振動片4を備えているので、駆動効率および耐衝撃性に優れた圧電振動子1を得ることができる。
(effect)
According to the present invention, the piezoelectric vibrating
(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11を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器110は、図11に示すように、圧電振動子1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、発振器用の前記集積回路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1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および圧電振動子1は、図示しない配線パターンによってそれぞれ電気的に接続されている。なお、各構成部品は、図示しない樹脂によりモールドされている。
(Oscillator)
Next, an embodiment of an oscillator according to the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 11, the
このように構成された発振器110において、圧電振動子1に電圧を印加すると、圧電振動子1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1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できる。
In the
In addition, by selectively setting the configuration of the
本実施形態の発振器110によれば、駆動効率および耐衝撃性に優れた圧電振動子1を備えているので、高効率で耐衝撃性に優れた高性能な発振器110を提供できる。
According to the
(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12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1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およびマイクロフォンによって、従来技術の携帯電話と同様の通信を行うことが可能である。しかしながら、従来の携帯電話と比較して、格段に小型化および軽量化されている。
(Electronics)
Next, an embodiment of an electronic apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. Note that a
First, the
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12に示すように、圧電振動子1と、電力を供給するための電源部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。
Next, the configuration of the
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。
The
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1とを備えている。圧電振動子1に電圧を印加すると圧電振動片が振動し、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。
The
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および呼制御メモリ部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および複号化する。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。
The
The
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の番号キーおよびその他のキーを備えており、これら番号キー等を押下することにより、通話先の電話番号等が入力される。
In addition, the
Note that the call
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および着信音発生部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。
The
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できる。
That is, the operation of the
In addition, the function of the
本実施形態の携帯情報機器120によれば、駆動効率および耐衝撃性に優れた圧電振動子1を備えているので、高効率で耐衝撃性に優れた高性能な携帯情報機器120を提供できる。
According to the
(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13を参照して説明する。
本実施形態の電波時計140は、図13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1を備えたものであり、時計情報を含む標準の電波を受信して、正確な時刻に自動修正して表示する機能を備えた時計である。
日本国内には、福島県(40kHz)と佐賀県(60kHz)とに、標準の電波を送信する送信所(送信局)があり、それぞれ標準電波を送信している。40kHz若しくは60kHzのような長波は、地表を伝播する性質と、電離層と地表とを反射しながら伝播する性質とを併せもつため、伝播範囲が広く、前述した2つの送信所で日本国内を全て網羅している。
(Radio watch)
Next, an embodiment of a radio timepiece according to the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 13, the radio-controlled
In Japan, there are transmitting stations (transmitting stations) that transmit standard radio waves in Fukushima Prefecture (40 kHz) and Saga Prefecture (60 kHz), each transmitting standard radio waves. Long waves such as 40 kHz or 60 kHz have the property of propagating the surface of the earth and the property of propagating while reflecting the ionosphere and the surface of the earth. doing.
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1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1は、前記搬送周波数と同一の40kHzおよび60kHzの共振周波数を有する水晶振動子部148、149をそれぞれ備えている。
Hereinafter, the functional configuration of the
The
The
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、RTC147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。
Further, the filtered signal having a predetermined frequency is detected and demodulated by the detection and
Subsequently, the time code is taken out via the
Since the carrier wave is 40 kHz or 60 kHz, the
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1を必要とする。
In addition, although the above-mentioned description was shown in the example in Japan, the frequency of the long standard wave is different overseas. For example, in Germany, a standard radio wave of 77.5 KHz is used. Therefore, when the
本実施形態の電波時計140によれば、駆動効率および耐衝撃性に優れた圧電振動子1を備えているので、高効率で耐衝撃性に優れた高性能な電波時計140を提供できる。
According to the
なお、この発明の技術範囲は上記実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
実施形態および実施形態の変形例では、表面実装型の圧電振動子1に本発明の圧電振動片4を採用しているが、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4を採用しても構わない。
In the embodiment and the modified example of the embodiment, the
実施形態および実施形態の変形例では、レーザエッチング加工やFIB加工等の加工方法により溝部18を形成していたが、溝部18の加工方法はこれらに限定されない。例えば、金属等によりマスクを形成した後、ドライエッチング等により溝部18を形成することもできる。ただし、実施形態および実施形態の変形例のように、溝部18内に傾斜した膨出部23を形成する場合には、FIB加工がより好適である。
In the embodiment and the modification of the embodiment, the
実施形態および実施形態の変形例では、振動腕部10,11の長手方向の先端側から基端側に向かって、溝部18の開口18b側に漸次膨出するように膨出部23が形成されていた。これに対して、例えば、振動腕部10,11の長手方向の先端側から基端側に向かって、溝部18の開口18b側に階段状に膨出するように膨出部23が形成されていてもよい。ただし、漸次膨出するように膨出部23を形成することで、振動腕部10,11に外部衝撃が加わったときの応力の集中を防止できる点で、本実施形態および実施形態の変形例に優位性がある。
In the embodiment and the modification of the embodiment, the bulging
実施形態の変形例では、溝部18の膨出部23は、振動腕部10,11の長手方向と直交する断面形状が略三角形状に形成されていたが、膨出部23の断面形状は実施形態の変形例に限定されない。例えば、振動腕部10,11の長手方向と直交する断面形状が略台形状に形成されていてもよい。
In the modification of the embodiment, the bulging
実施形態および実施形態の変形例では、溝部18内において、振動腕部10,11の長手方向の先端側の端部から基端側の端部にわたって膨出部23が形成されていた。これに対して、例えば、溝部18内において、振動腕部10,11の長手方向の中央部近傍に膨出部23の始点となる端部を設け、先端側から基端側の端部にわたって膨出部23が形成されていてもよい。この場合においても、振動腕部10,11の長手方向の基端側の断面積を大きく確保できるので、振動腕部10,11と基部12との接続部近傍の剛性を高く確保できる。ただし、振動腕部10,11における溝部18形成領域の全域にわたって剛性を確保できる点で、実施形態および実施形態の変形例に優位性がある。
In the embodiment and the modification of the embodiment, the bulging
実施形態および実施形態の変形例では、溝部18を振動腕部10,11の両主面上に形成し、両方の溝部18内に膨出部23を形成していた。これに対して、例えば、振動腕部10,11の両主面上に形成された溝部18のうち、一方の溝部18内にのみ膨出部23を形成してもよい。この場合においても、実施形態および実施形態の変形例と同様の効果が得られる。ただし、両方の溝部18内に膨出部23を形成することで、振動腕部10,11の厚さ方向における剛性をバランスよく確保できる点で、実施形態および実施形態の変形例に優位性がある。
In the embodiment and the modification of the embodiment, the
1・・・圧電振動子 4・・・圧電振動片 10,11・・・振動腕部 12・・・基部 18・・・溝部 18a・・・底部 18b・・・開口 23・・・膨出部 110・・・発振器 120・・・携帯情報機器(電子機器) 140・・・電波時計
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記振動腕部の両主面に形成され、前記振動腕部の長手方向に沿って延びる一対の溝部と、
前記一対の振動腕部の前記長手方向の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、
前記振動腕部の両主面に形成された前記一対の溝部のうち、少なくとも一方の前記溝部の底部には、前記長手方向の先端側から前記長手方向の基端側に向かって、前記溝部の開口側に膨出する膨出部が形成されていることを特徴とする圧電振動片。 A pair of vibrating arms arranged side by side;
A pair of groove portions formed on both main surfaces of the vibrating arm portion and extending along a longitudinal direction of the vibrating arm portion;
A base portion to which the base end sides in the longitudinal direction of the pair of vibrating arm portions are connected;
A piezoelectric vibrating piece with
Of the pair of groove portions formed on both main surfaces of the vibrating arm portion, at least one of the groove portions has a bottom portion of the groove portion from the distal end side in the longitudinal direction toward the proximal end side in the longitudinal direction. A piezoelectric vibrating piece characterized in that a bulging portion that bulges toward the opening is formed.
前記膨出部は、前記長手方向の前記先端側から前記基端側に向かって、前記溝部の開口側に漸次膨出するように形成されていることを特徴とする圧電振動片。 The piezoelectric vibrating piece according to claim 1,
The piezoelectric vibrating piece according to claim 1, wherein the bulging portion is formed so as to gradually bulge toward the opening side of the groove portion from the distal end side in the longitudinal direction toward the proximal end side.
前記膨出部は、前記振動腕部の幅方向における中央部が開口側に膨出するように形成されていることを特徴とする圧電振動片。 The piezoelectric vibrating piece according to claim 1 or 2,
The piezoelectric vibrating piece according to claim 1, wherein the bulging portion is formed such that a central portion in the width direction of the vibrating arm portion bulges toward the opening side.
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