JP4211578B2 - 圧電振動片とその製造方法、ならびに圧電デバイスおよび圧電デバイスを利用した携帯電話装置および圧電デバイスを利用した電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、圧電振動片と、パッケージやケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイス、ならびに圧電デバイスを利用した携帯電話と電子機器に関する。

ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器や圧電ジャイロセンサー等において、圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
図１３は、圧電デバイスに従来より用いられている圧電振動片の一例を示す概略平面図である（特許文献１参照）。
図において、圧電振動片１は、水晶などの圧電材料をエッチングすることにより、図示する外形を形成するもので、パッケージ（図示せず）等に取付けられる矩形の基部２と、基部２から図において上方に延長された一対の振動腕３，４を備えており、これら振動腕の主面（表裏面）に溝３ａ，４ａを形成するとともに、必要な駆動用の電極を形成したものである。
このような圧電振動片１においては、駆動用の電極を介して駆動電圧が印加されると、各振動腕３，４の先端部を近接・離間するようにして、屈曲振動することにより、所定の周波数の信号が取り出されるようになっている。

ところで、このような圧電振動片１は、これを利用した圧電デバイスが取付けられる上記した種々の製品の小型化にともない、小型に形成することがもとめられており、このため、圧電振動片１もできる限り小型に形成しなければならず、特にその全長ＡＬ１を小さくすることがもとめられる。そして、製品の小型化は不断に進展していることから、圧電振動片１においては、より小型に形成していくことができる構造がもとめられている。
ここで、図示のような音叉型圧電振動片である圧電振動片１の周波数ｆは、振動腕３，４の長さをｌ、腕幅をｗとした場合、ｗ／ｌ^２に比例する。
このことは、一方向に長い圧電振動片１の小型化、すなわち図１３における全長ＡＬ１の大きさを小さくしようとする場合、振動腕の長さｌを短くすると、周波数が高くなることを意味する。また、振動腕の幅ｗが小さくなると、周波数は下がる。このことから、従来の周波数を維持して、小型化を図るためには、振動腕の長さをある程度短くしつつ腕幅ｗを小さくしなければならない。

このように、圧電振動片１を小型化する上では、周波数を維持するために、振動腕３，４の長さｌを短くし、腕幅ｗを小さくすることがもとめられるが、小型の圧電振動片１を加工する上では、その特性を維持しながら、特に腕幅ｗを小さく加工するのには限度がある。すなわち、振動腕３，４には、図１３に示したように、それぞれ溝３ａ，４ａを加工する必要があり、腕幅ｗが小さくなると、このような溝の加工が困難になる。

図１４は、従来の圧電振動片の他の例である（特許文献２）。この音叉型の圧電振動片１０は、捩り振動型のものである。
この圧電振動片１０では、振動腕１３，１４の長さを相対的に短く形成し、各先端部に錘部１５，１６を一体に形成している。また、圧電振動片１０の基部はその長さ方向の寸法が比較的大きく、振動腕１３，１４の基端付近に、基部１２の幅を拡大するようにして、基部錘部１７，１８が形成されている。

特開２００２−２８０８７０ 特開昭６４−５８１０８

ところで、図１４の圧電振動片１０は、振動腕１３，１４が短いので、このままでは周波数は高くなってしまうが、先端に錘部１５，１６を形成することにより、慣性モーメントが増大し、周波数が下がる。つまり、振動腕１３，１４の長さを短くしても、その腕幅を小さくしなくてもよいことになり、これらの振動腕１３，１４に、さらに図１３で説明したような溝を形成するための加工がしやすくなる。

ところが、圧電振動片１０では、基部１２の長さＢＬ１が比較的大きく、このような構造は、全体の小型化の妨げになる。そして、このような基部の構造を屈曲型の音叉型振動片である圧電振動片１に採用した場合においても、やはり基部の長さ寸法をある程度大きくしないと、振動腕側からの振動漏れが基部に影響し、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）値の上昇を招くことになる。
したがって、図１４のように、振動腕１３，１４の先端に錘部１５，１６を設けるだけでは、必ずしも圧電振動片の小型化を図る上で十分な構造であるとはいえず、ＣＩ値の上昇を抑制しつつ、基部２の寸法も同時に小さくして、十分な小型化を実現できる構造が望まれる。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、周波数の低下をきたすことなくＣＩ値の上昇を防ぎ、確実な小型化を実現できる構造の圧電振動片と、その製造方法、および圧電振動片を用いた圧電デバイス、ならびに圧電デバイスを利用した携帯電話と電子機器を提供することを目的とする。

本発明の圧電振動片は、圧電材料により形成された基部と、前記基部と一体に形成され、互いに平行に延びる複数の振動腕と、前記複数の振動腕にその長さ方向に沿ってそれぞれ形成された長溝と、前記振動腕の基端付近において前記基部を部分的に縮幅するようにしてこの基部の両側面に形成された切り込み部と、前記各振動腕の先端部にそれぞれ形成された振動腕と一体の錘部と、前記錘部の前記振動腕との結合箇所おいて、前記錘部の幅寸法が拡大する拡幅部と、を備え、前記拡幅部は、前記振動腕と接続する第１の傾斜面と、前記第１の傾斜面に接続する第２の傾斜面と、を有し、前記第１の傾斜面と、前記拡幅部の中心線との成す角は、前記第２の傾斜面と、前記拡幅部の中心線との成す角よりも小さく、前記各振動腕に形成される錘部は、圧電材料をエッチングして各振動腕の外形を形成する際に同時形成されるとともに、それぞれの錘部について、前記第１、第２の傾斜面はそれぞれ、前記中心線に対して対称に２箇所ずつ設けられ、前記中心線は水晶のＹ軸方向に沿っていることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明の構成によれば、前記各振動腕に形成される錘部は、圧電材料をエッチングして各振動腕の外形を形成する際に同時形成されるとともに、それぞれの錘部について、前記圧電材料のエッチングによる異方性によって、互いに異なる外形とならない面構成とされていることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、各振動腕の外形を一致させることができるので、振動腕が互いに振動バランスを崩すことなく、安定した振動を実現することができる。

第３の発明は、第１または第２の発明のいずれかの構成において、前記錘部の先端が面取りされていることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、細長い圧電振動片をパッケージなどに収容する際に、その先端部がパッケージなどに接触することを防止することができ、その振動性能を維持する上で重要な振動腕の先端が破損することを有効に防止することができる。

第４の発明は、第１ないし第３の発明のいずれかの構成によれば、前記錘部が各振動腕の先端付近の幅寸法を拡大して形成されており、各錘部の幅方向の両端部を基部側に延長した延長部を備えることを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、各振動腕の錘部が前記延長部を備えることにより、その分質量が増大し、屈曲振動の際の慣性モーメントを増大する上でより効果がある。

本発明の圧電振動片の製造方法は、圧電材料により形成された基部と、前記基部と一体に形成され、互いに平行に延びる複数の振動腕と、前記複数の振動腕にその長さ方向に沿ってそれぞれ形成された長溝と、前記振動腕の基端付近において前記基部を部分的に縮幅するようにしてこの基部の両側面に形成された切り込み部と、前記各振動腕の先端部にそれぞれ形成された振動腕と一体の錘部と、前記錘部の前記振動腕との結合箇所おいて、前記錘部の幅寸法が拡大する拡幅部と、を備え、前記拡幅部は、前記振動腕と接続する第１の傾斜面と、前記第１の傾斜面に接続する第２の傾斜面と、を有し、前記第１の傾斜面と、前記拡幅部の中心線との成す角は、前記第２の傾斜面と、前記拡幅部の中心線との成す角よりも小さい圧電振動片の製造方法であって、エッチングにより前記圧電振動片の外形を形成するエッチング工程を有し、前記エッチング工程において、前記中心線を水晶のＹ軸方向に合わせ、前記圧電振動片の前記複数の振動腕のそれぞれの先端部に錘部を同時に形成し、前記第１、第２の傾斜面をそれぞれ、前記中心線に対して対称に２箇所ずつ形成することを特徴とする。

本発明の圧電デバイスは、パッケージまたはケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイスであって、前記圧電振動片が、圧電材料により形成された基部と、
前記基部と一体に形成され、互いに平行に延びる複数の振動腕と、前記複数の振動腕にその長さ方向に沿ってそれぞれ形成された長溝と、前記振動腕の基端付近において前記基部を部分的に縮幅するようにしてこの基部の両側面に形成された切り込み部と、前記各振動腕の先端部にそれぞれ形成された振動腕と一体の錘部と、前記錘部の前記振動腕との結合箇所おいて、前記錘部の幅寸法が拡大する拡幅部と、を備え、前記拡幅部は、前記振動腕と接続する第１の傾斜面と、前記第１の傾斜面に接続する第２の傾斜面と、を有し、前記第１の傾斜面と、前記拡幅部の中心線との成す角は、前記第２の傾斜面と、前記拡幅部の中心線との成す角よりも小さく、前記各振動腕に形成される錘部は、圧電材料をエッチングして各振動腕の外形を形成する際に同時形成されるとともに、それぞれの錘部について、前記第１、第２の傾斜面はそれぞれ、前記中心線に対して対称に２箇所ずつ設けられ、前記中心線は水晶のＹ軸方向に沿っていることを特徴とする。

また、本発明の携帯電話装置は、パッケージまたはケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、前記圧電振動片が、圧電材料により形成された基部と、前記基部と一体に形成され、互いに平行に延びる複数の振動腕と、前記複数の振動腕にその長さ方向に沿ってそれぞれ形成された長溝と、前記振動腕の基端付近において前記基部を部分的に縮幅するようにしてこの基部の両側面に形成された切り込み部と、前記各振動腕の先端部にそれぞれ形成された振動腕と一体の錘部と、前記錘部の前記振動腕との結合箇所おいて、前記錘部の幅寸法が拡大する拡幅部と、を備え、前記拡幅部は、前記振動腕と接続する第１の傾斜面と、前記第１の傾斜面に接続する第２の傾斜面と、を有し、
前記第１の傾斜面と、前記拡幅部の中心線との成す角は、前記第２の傾斜面と、前記拡幅部の中心線との成す角よりも小さく、前記各振動腕に形成される錘部は、圧電材料をエッチングして各振動腕の外形を形成する際に同時形成されるとともに、それぞれの錘部について、前記第１、第２の傾斜面はそれぞれ、前記中心線に対して対称に２箇所ずつ設けられ、前記中心線は水晶のＹ軸方向に沿っている圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにしたことを特徴とする。

本発明の電子機器は、パッケージまたはケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイスを利用した電子機器であって、前記圧電振動片が、圧電材料により形成された基部と、前記基部と一体に形成され、互いに平行に延びる複数の振動腕と、前記複数の振動腕にその長さ方向に沿ってそれぞれ形成された長溝と、前記振動腕の基端付近において前記基部を部分的に縮幅するようにしてこの基部の両側面に形成された切り込み部と、前記各振動腕の先端部にそれぞれ形成された振動腕と一体の錘部と、前記錘部の前記振動腕との結合箇所おいて、前記錘部の幅寸法が拡大する拡幅部と、を備え、前記拡幅部は、前記振動腕と接続する第１の傾斜面と、前記第１の傾斜面に接続する第２の傾斜面と、を有し、前記第１の傾斜面と、前記拡幅部の中心線との成す角は、前記第２の傾斜面と、前記拡幅部の中心線との成す角よりも小さく、前記各振動腕に形成される錘部は、圧電材料をエッチングして各振動腕の外形を形成する際に同時形成されるとともに、それぞれの錘部について、前記第１、第２の傾斜面はそれぞれ、前記中心線に対して対称に２箇所ずつ設けられ、前記中心線は水晶のＹ軸方向に沿っている圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにしたことを特徴とする。

図１ないし図４は、本発明の圧電デバイスの第１の実施形態を示しており、図１はその概略平面図、図２は図１のＡ−Ａ線概略断面図、図３は図１の圧電デバイスに使用される圧電振動片の概略斜視図、図４は図３のＢ−Ｂ線切断端面図である。
これらの図において、圧電デバイス３０は、圧電振動子を構成した例を示しており、圧電デバイス３０は、図１および図２に示すように、パッケージ３７内に圧電振動片３２を収容している。パッケージ３７は、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成形して形成される複数の基板を積層した後、焼結して形成されている。

すなわち、この実施形態では、パッケージ３７は、図２に示すように、第１の基板５５と第２の基板５６とを積層して形成されており図２に示す全長Ｌ１が例えば約２ｍｍないし３ｍｍときわめて小さいものである。パッケージ３７は、図２に示すように、第２の基板５６の内側の材料を除去することで、内部空間Ｓのスペースを形成している。この内部空間Ｓが圧電振動片３２を収容するための収容空間である。そして、第１の基板５５が絶縁性基体に相当し、この第１の基板５５に圧電振動片３２を接合している。

パッケージ３７の内部空間Ｓ内の図において左端部付近において、内部空間Ｓに露出して内側底部を構成する絶縁性基体としての第１の基板５５には、例えば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキで形成した電極部３１，３１が設けられている。
この電極部３１，３１は、それぞれ図２に示す実装端子４１，４２と接続されており、外部から印加される駆動電圧を、圧電振動片３２に供給するものである。具体的には、この実装端子４１，４２と電極部３１，３１は、パッケージ３７外部をメタライズにより引き回したり、あるいは第１の基板５５および第２の基板５６の焼成前にタングステンメタライズ等を利用して形成した導電スルーホール３１ａ等で接続することで形成できる。
各電極部３１，３１の上には、導電性接着剤４７が塗布されて、圧電振動片３２の基部５１が接合されている。この導電性接着剤４７としては、例えば、合成樹脂などを利用したバインダー成分に、銀粒子などの導電粒子を混入したもので、機械的接合と電気的接続とを同時に行うことができるものである。

圧電振動片３２は、例えば水晶で形成されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。本実施形態の場合、圧電振動片３２は、小型に形成して、必要な性能を得るために、特に図３に詳しく示す形状とされている。
すなわち、圧電振動片３２は、パッケージ３７側と固定される基部５１と、この基部５１を基端として、図において斜め左方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕３５，３６を備えており、全体が音叉のような形状とされた、所謂、音叉型圧電振動片が利用されている。
ここで、圧電振動片３２の圧電材料を水晶とした場合に、図５に示すように、Ｘを機械軸、Ｙを電気軸、Ｚを光学軸として、角度θを０度ないし数度の範囲として、ウエットエッチングにより形成されている。

また、各振動腕３５，３６の主面には、好ましくは、それぞれ長さ方向に延びる長溝３３，３４を形成し、図４に示すように、この長溝内に駆動用の電極である励振電極３８，３９を形成している。この長溝は、それぞれ振動腕３５と、振動腕３６の主面である表裏面に形成され、長溝３３，３４内には励振電極３８，３９がそれぞれ形成されており、各振動腕の長溝内に形成される励振電極は互いに分離された一対の電極とされている。これにより、励振電極に駆動電圧が印加されることによって、駆動時に、各振動腕の内部の電界効率を高めることができるようになっている。

また、圧電振動片３２の基部５１の端部の幅方向両端付近には、上述したように、パッケージ３７の電極部３１，３１と接続するための電極部として、引出し電極３８ａ，３９ａが形成されている。各引出し電極３８ａ，３９ａは、図２に示すように、基部５１の外縁を回り込んで、圧電振動片３２の基部５１の表裏に設けられている。これらの各引出し電極３８ａ，３９ａは上述した各励振電極と接続されており、例えば、水晶表面に、クロム（Ｃｒ）および金（Ａｕ）を順次メッキして形成することができる。

これにより、引出し電極３８ａ，３９ａから、励振電極３８，３９に駆動電圧が印加されることにより、各振動腕３５，３６内で電界が適切に形成され、図３に矢印で示すように、振動腕３５，３６の各先端部が互いに接近したり離間したりするように駆動されて、所定の周波数で振動する。
さらに、振動腕３５，３６の先端には、それぞれ一体に錘部６１，６１が一体に形成されている。
この錘部６１，６１については、後で詳しく説明する。

パッケージ３７の開放された上端には、蓋体４０が接合されることにより、封止されている。
蓋体４０は、好ましくは、光を透過する材料、例えば、硼珪酸ガラスなどにより形成されており、低融点ガラスなどの封止材３７ａにより接合されることで、パッケージ３７を気密に封止している。
これにより、パッケージ３７の蓋封止後において、図２に示すように、外部からレーザ光ＬＢを蓋体４０を介して圧電振動片３２の先端付近に照射し、ここに設けた金属被覆部を一部蒸散させることにより、質量削減方式による周波数調整をすることができるようになっている。なお、このような周波数調整をしない場合には、蓋体４０はコバール合金などの金属材料で形成することができる。

図６は図３で説明した圧電振動片３２の概略平面図であり、図７はその各錘部６１，６１の拡大平面図である。図６は、図３の圧電振動片３２の駆動用の電極の図示を省略し、各振動腕の先端の錘部の形状をより正確に示している。
図６および図７において、各振動腕３５，３６の先端に形成された錘部６１，６１は、それぞれ、各振動腕３５，３６の長さ方向に沿って、各振動腕３５，３６の幅ＡＷ，ＡＷの中心を通る仮想の中心線Ｃ，Ｃに関して左右対称の形状である。そして、各錘部６１，６１は、各振動腕３５，３６の腕幅ＡＷ，ＡＷを拡大して、幅寸法ＧＷ，ＧＷの大きさを備えるように形成されている。これにより、錘部６１，６１が形成されている分だけ、各振動腕３５，３６の慣性モーメントが増大し、その分振動腕の錘部を含めた腕長さＣＬが短くなるようにされ、その結果、圧電振動片３２の全長ＴＬも、従来より短くなるようにされている。

次に、錘部６１，６１の好ましい形状を説明する。
図７において、錘部６１，６１は同形であるから、右側の錘部６１についてのみ説明する。
錘部６１の長さ寸法ＧＬは、例えば０．５ｍｍ程度である。この錘部６１の先端の幅方向両端には、それぞれ面取り部６２，６２が形成されている。これら面取り部６２，６２は同形で、ひとつの面取り部６２には、傾斜角度を変えて連続する傾斜面６２ａ，６２ｂが形成されている。傾斜面６２ａは先端側が、錘部６１の仮想の中心線Ｃに対して比較的大きな角度をなすように傾斜しており、傾斜面６２ｂは仮想の中心線Ｃに対して、より小さな角度をなすように傾斜している。

錘部６１の基端部、すなわち、錘部６１が振動腕３６と一体に結合している結合箇所においては、錘部６１が振動腕３６よりも幅寸法を大きくして拡大されている領域に、拡幅部６３，６３が形成されている。拡幅部６３，６３は互いに同形で、ひとつの拡幅部６３には、傾斜角度を変えて連続する傾斜面６３ａ，６３ｂが形成されている。傾斜面６３ａは下端側が、錘部６１の仮想の中心線Ｃに対して比較的大きな角度をなすように傾斜しており、傾斜面６３ｂは仮想の中心線Ｃに対して、より小さな角度をなすように傾斜している。
したがって、この実施形態では、圧電振動片３２の錘部６１の先端側の幅方向両端部に面取り部６２，６２が形成されているので、圧電振動片３２をパッケージ３７内に収容して、パッケージ３７側の電極部３１，３１に接合する作業を行う際に、図１に示す各振動腕３５，３６の先端部がパッケージ３７の内壁などに当接する事態を防止でき、このような接合が容易となる。

ここで、圧電振動片３２の製造工程を簡単に説明する。
圧電振動片３２は、図５に示すような結晶方位となるように切り出された水晶ウエハ（図示せず）に、例えば、クロムを下地として金をメッキした所定の耐蝕膜を形成して、この耐蝕膜を圧電振動片３２の外形と対応させる形状とすることにより、マスクを形成する。
次に、フッ酸等を用いたエッチング液により、ウエットエッチングすることにより、錘部６１，６１を含めた圧電振動片３２の外形を形成する。
ここで、ウエットエッチングの工程においては、図５および図７に示した機械軸Ｘ、電気軸Ｙ、光学軸Ｚに関して、エッチングの進行上次のようなエッチング異方性を示す。
すなわち、プラスＸ方向で、このＸ軸に対して１２０度の方向、およびマイナス１２０度の方向の面内においてエッチングの進行が速く、マイナスＸ方向でＸ軸に対してプラス３０度の方向、およびマイナス３０度の方向内面のエッチングの進行が遅くなる。
同様に、Ｙ方向のエッチングの進行は、プラス３０度方向およびマイナス３０度方向が速くなり、プラスＹ方向で、Ｙ軸に対してプラス１２０度方向、およびマイナス１２０度方向が遅くなる。

したがって、このようなエッチング異方性に鑑みて、図７で説明したように、錘部６１の拡幅部６３を上述したような２つの傾斜面６３ａ，６３ｂにより形成できるマスクを用いることにより、この部分にエッチング異方性によりエッチング残りであるヒレ状の異形部を形成しないようにする。
このため、錘部６１が、仮想の中心線Ｃに関して、略対称に形成されることから、図６の各振動腕３５，３６の屈曲振動をバランスよく行うことができる。

圧電振動片３２の外形がエッチングにより形成されたら、図３や図４で説明したように、各振動腕３５，３６の主面に長溝３３，３４を形成する。
この場合、例えば、上述した耐蝕膜によりマスクを形成して、長溝を形成する領域だけ開口させ、上述した外形エッチングよりも短い時間だけエッチングし（ハーフエッチング）、各振動腕の表裏面に有底の長溝を形成することにより設けることができる。
ここで、好ましくは、上述の外形エッチング工程以降の工程をやや複雑にすることにより、図７のＤ−Ｄ線切断断面図である図８に示すように、錘部６１の厚みＤ１を一番厚く形成してもよい。
すなわち、錘部６１を水晶ウエハの厚みで残し、振動腕３５の部分を外形エッチング後にハーフエッチングし、さらに、長溝３３，３３の部分について、錘部６１と振動腕３５の長溝以外の部分をマスクして、ハーフエッチングすることにより、図８に示すように、振動腕３５全体が錘部６１の厚みＤ１よりも薄い厚みで形成することができる。これにより、錘部６１の慣性モーメントを相対的に大きくして、その効果を増大させることができる。特に、図示のように、錘部６１の厚みを振動腕３５の図において上側と、下側に均等に厚くなるようにすると、振動バランスが良好となり好ましい。
また、錘部６１を振動腕３５の上側の領域だけ厚くするようにすれば、圧電振動片の接合時や外部から衝撃が加えられた際に、錘部６１がパッケージの内側底面に当接して損傷しにくくなる。

さらに、圧電振動片３２においては、基部５１に切欠き部もしくは切り込み部５７，５７が形成されている（図３，図６参照）。この切り込み部５７，５７は、基部５１において、各振動腕３５，３６の基端付近に近接して設けられており、例えば、基部５１の両側縁の同じ位置に、コ字状の凹部を形成するようにして、基部５１の幅寸法を部分的に縮幅するようにして、形成されている。切り込み部５７，５７の切り込み幅と深さは、例えばともに０．１ｍｍ程度である。
このため、圧電振動片３２に駆動電圧が印加されて、各振動腕３５，３６が屈曲振動した際に、その振動が基部５１側に漏れ込むことが有効に防止される。
この結果、圧電振動片３２およびこれを収容した圧電デバイス３０のＣＩ値を低く抑えることができる。また、これに関連して、従来、切り込み部５７，５７を設けない場合には、上述の振動の漏れ込みを防止するために、図１３の圧電振動片１では、基部の長さ寸法ＢＬ２が比較的長く形成されていた。これに対して、ＣＩ値を従来と同じ水準する場合には、本実施形態の圧電振動片３２では、図６に示す基部５１の長さＢＬを従来よりも短くすることができる。すなわち、例えば、従来の圧電振動片１では基部の長さＢＬ２が、０．７ｍｍ程度であったものが、本実施形態の圧電振動片３２の基部５１の長さＢＬは０．５ｍｍ程度とすることができる。

本実施形態は以上のように構成されており、圧電デバイス３０に収容された圧電振動片３２の各振動腕３５，３６には長溝が形成されているので、この長溝内に駆動用の電極である励振電極を形成することにより、各振動腕３５，３６を構成する圧電材料に効率良く電界を形成することができる。また、各振動腕３５，３６の先端部には、錘部６１，６１を備えていることにより、振動腕３５，３６を長く形成しなくても周波数を低く抑えることができる。この結果、振動腕３５，３６をその分短く形成することが可能で、従来と同じ周波数を維持しつつ振動腕の全長を短くでき、小型化に有利である。
例えば、図１３における圧電振動片１の振動腕の長さｌが、１．６ｍｍ程度であったところ、図６の圧電振動片３２では、振動腕の長さＣＬを１．２ｍｍ程度とすることができたものである。

また、振動腕３５，３６の幅を極端に小さくしなくても周波数を低く抑えることができるので、上述の製造工程では、従来の周波数を維持する場合に、腕幅を極端に小さくしなくてもよいから、各振動腕３５，３６に上述の長溝３３，３４を形成する加工がしやすい。
さらに、基部５１に前記切り込み部を形成することによって、振動腕の振動が基部側へ漏れることを有効に防止することができる。このため、振動もれ抑制のために基部の長さを長くすることなく、基部側への振動漏れを抑止できるから、ＣＩ値の上昇を抑えることが可能である。また、従来と同じ水準のＣＩ値を維持する場合には、基部５１の長さを短くできるので、その分圧電振動片３２の長さを短くすることができる。
かくして、周波数の低下をきたすことなくＣＩ値の上昇を防ぎ、確実な小型化を実現できる構造の圧電振動片３２および圧電デバイス３０を提供することができる。

図９は、圧電振動片の第１の変形例を示す概略斜視図である。
図において、上述した圧電振動片３２と同じ構造の箇所は同一の符号を付して重複する説明は省略する。
この圧電振動片７０では、錘部６１−１，６１−１の構造が圧電振動片３２と異なっている。すなわち、錘部６１−１，６１−１は同形であり、ひとつの錘部６１−１について説明すると、先端部の角部７１，７１が圧電振動片３２の錘部６１のように面取りされていない。
したがって、圧電振動片７０では、これを圧電デバイスを形成するためのパッケージ３７（図１参照）に組み込む際に、面取り部のない分だけやや作業性に劣るものの、錘部の質量が増加し、慣性モーメントの効果をより大きくすることができる。その他の点では、圧電振動片３２と同等の作用効果を発揮する。

図１０は、圧電振動片の第２の変形例を示す概略斜視図である。
図において、上述した圧電振動片３２と同じ構造の箇所は同一の符号を付して重複する説明は省略する。
この圧電振動片８０では、錘部６１−２，６１−２の構造が圧電振動片３２と異なっている。すなわち、錘部６１−２，６１−２は同形であり、ひとつの錘部６１−２について説明すると、先端部の角部７１，７１が圧電振動片３２の錘部６１のように面取りされていない。
また、錘部６１−２の幅方向の両端部を基部側に延長した延長部８１，８１を備えている。すなわち、錘部６１−２の幅方向の両端部から、細い延長部８１，８１を基部５１側に直線的に一体に延出させている。
これにより、錘部６１−２は先端部が面取りされていないことで、圧電振動片８０を圧電デバイスを形成するためのパッケージ３７（図１参照）に組み込む際に、面取り部のない分だけやや作業性に劣る。しかしながら、錘部６１−２が延長部８１，８１を備えることにより、その分質量が増大し、振動腕３５，３６の屈曲振動の際の慣性モーメントを増大する上でより効果がある。その他の点では、圧電振動片３２と同等の作用効果を発揮することができる。

図１１は、圧電振動片の第３の変形例を示す概略平面図である。
この圧電振動片９０は、上述の圧電振動片３２と全く同一の構造であり、このような小型化構造を利用して、圧電振動片３２が重量４μｇであるのに対して、その重量を２μｇとして、現在の水準で最も小型に形成した例を示すものである。その結果、各部の寸法もきわめて小さくすることができ、例えば、全長ＴＬ２が１．２ｍｍ、振動腕の長さＣＬ２が０．８ｍｍ、腕部長さＤＬ２が０．４ｍｍ、錘部６１の長さＧＬ２が０．４ｍｍ、基部長さＢＬ３が０．３ｍｍである。

図１２は、本発明の上述した実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図である。
図において、送信者の音声を受信するマイクロフォン３０８及び受信内容を音声出力とするためのスピーカ３０９を備えており、さらに、送受信信号の変調及び復調部に接続された制御部としての集積回路等でなるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３０１を備えている。
ＣＰＵ３０１は、送受信信号の変調及び復調の他に画像表示部としてのＬＣＤや情報入力のための操作キー等でなる情報の入出力部３０２や、ＲＡＭ，ＲＯＭ等でなる情報記憶手段（メモリ）３０３の制御を行うようになっている。このため、ＣＰＵ３０１には、圧電デバイス３０等の本発明の実施形態の圧電デバイスが取り付けられて、その出力周波数をＣＰＵ３０１に内蔵された所定の分周回路（図示せず）等により、制御内容に適合したクロック信号として利用するようにされている。このＣＰＵ３０１に取付けられる圧電デバイスは、圧電振動子でも圧電発振器でもよい。

ＣＰＵ３０１は、さらに、温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）３０５と接続され、温度補償水晶発振器３０５は、送信部３０７と受信部３０６に接続されている。これにより、ＣＰＵ３０１からの基本クロックが、環境温度が変化した場合に変動しても、温度補償水晶発振器３０５により修正されて、送信部３０７及び受信部３０６に与えられるようになっている。

このように、制御部を備えたデジタル式携帯電話装置３００のような電子機器に、上述した実施形態に係る圧電デバイス３０等を利用することができる。この場合、圧電デバイス３０はそのＣＩ値性能などを損なうことなく、きわめて小型化することができるので、製品の信頼性を維持しながら、製品の一層の小型化に貢献することができる。

本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、この発明は、パッケージや箱状の蓋体に被われるようにして、内部に圧電振動片を収容するものであれば、圧電振動子、圧電発振器等の名称にかかわらず、全ての圧電デバイスに適用することができる。

本発明の圧電デバイスの実施形態を示す概略平面図。 図１のＡ−Ａ線概略断面図。 図１の圧電デバイスに利用される圧電振動片の概略斜視図。 図３のＢ−Ｂ線概略断面図。 図１の圧電デバイスに使用される圧電材料についての説明図。 図３の圧電振動片の概略平面図。 図３の圧電振動片の振動腕に設けた錘部の拡大平面図。 図７のＤ−Ｄ線断面図。 本実施形態の圧電振動片の第１の変形例を示す概略斜視図。 本実施形態の圧電振動片の第２の変形例を示す概略斜視図。 本実施形態の圧電振動片の第３の変形例を示す概略平面図。 本発明の実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図。 従来の圧電振動片の一例を示す概略平面図。 従来の圧電振動片の他の例を示す概略平面図。

符号の説明

３０・・・圧電デバイス、３２，７０，８０・・・圧電振動片、３３，３４・・・長溝、３５，３６・・・振動腕、５７，５７・・・切り込み部、６１，６１・・・錘部

Claims (7)

1. 圧電材料により形成された基部と、
   前記基部と一体に形成され、互いに平行に延びる複数の振動腕と、
   前記複数の振動腕にその長さ方向に沿ってそれぞれ形成された長溝と、
   前記振動腕の基端付近において前記基部を部分的に縮幅するようにしてこの基部の両側面に形成された切り込み部と、
   前記各振動腕の先端部にそれぞれ形成された振動腕と一体の錘部と、
   前記錘部の前記振動腕との結合箇所おいて、前記錘部の幅寸法が拡大する拡幅部と、を備え、
   前記拡幅部は、前記振動腕と接続する第１の傾斜面と、前記第１の傾斜面に接続する第２の傾斜面と、を有し、
   前記第１の傾斜面と、前記拡幅部の中心線との成す角は、前記第２の傾斜面と、前記拡幅部の中心線との成す角よりも小さく、
   前記各振動腕に形成される錘部は、圧電材料をエッチングして各振動腕の外形を形成する際に同時形成されるとともに、それぞれの錘部について、前記第１、第２の傾斜面はそれぞれ、前記中心線に対して対称に２箇所ずつ設けられ、前記中心線は水晶のＹ軸方向に沿っていることを特徴とする圧電振動片。
2. 前記錘部の先端が面取りされていることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動片。
3. 前記錘部が前記各振動腕の先端付近の幅寸法を拡大して形成されており、各錘部の幅方向の両端部を基部側に延長した延長部を備えることを特徴とする請求項２または３に記載の圧電振動片。
4. 圧電材料により形成された基部と、前記基部と一体に形成され、互いに平行に延びる複数の振動腕と、前記複数の振動腕にその長さ方向に沿ってそれぞれ形成された長溝と、前記振動腕の基端付近において前記基部を部分的に縮幅するようにしてこの基部の両側面に形成された切り込み部と、前記各振動腕の先端部にそれぞれ形成された振動腕と一体の錘部と、前記錘部の前記振動腕との結合箇所おいて、前記錘部の幅寸法が拡大する拡幅部と、を備え、前記拡幅部は、前記振動腕と接続する第１の傾斜面と、前記第１の傾斜面に接続する第２の傾斜面と、を有し、前記第１の傾斜面と、前記拡幅部の中心線との成す角は、前記第２の傾斜面と、前記拡幅部の中心線との成す角よりも小さい圧電振動片の製造方法であって、
   エッチングにより前記圧電振動片の外形を形成するエッチング工程を有し、
   前記エッチング工程において、前記中心線を水晶のＹ軸方向に合わせ、前記圧電振動片の前記複数の振動腕のそれぞれの先端部に錘部を同時に形成し、前記第１、第２の傾斜面をそれぞれ、前記中心線に対して対称に２箇所ずつ形成することを特徴とする、圧電振動片の製造方法。
5. パッケージまたはケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイスであって、
   前記圧電振動片が、
   圧電材料により形成された基部と、
   前記基部と一体に形成され、互いに平行に延びる複数の振動腕と、
   前記複数の振動腕にその長さ方向に沿ってそれぞれ形成された長溝と、
   前記振動腕の基端付近において前記基部を部分的に縮幅するようにしてこの基部の両側面に形成された切り込み部と、
   前記各振動腕の先端部にそれぞれ形成された振動腕と一体の錘部と、
   前記錘部の前記振動腕との結合箇所おいて、前記錘部の幅寸法が拡大する拡幅部と、を備え、
   前記拡幅部は、前記振動腕と接続する第１の傾斜面と、前記第１の傾斜面に接続する第２の傾斜面と、を有し、
   前記第１の傾斜面と、前記拡幅部の中心線との成す角は、前記第２の傾斜面と、前記拡幅部の中心線との成す角よりも小さく、
   前記各振動腕に形成される錘部は、圧電材料をエッチングして各振動腕の外形を形成する際に同時形成されるとともに、それぞれの錘部について、前記第１、第２の傾斜面はそれぞれ、前記中心線に対して対称に２箇所ずつ設けられ、前記中心線は水晶のＹ軸方向に沿っている
   ことを特徴とする、圧電デバイス。
6. パッケージまたはケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、
   前記圧電振動片が、
   圧電材料により形成された基部と、
   前記基部と一体に形成され、互いに平行に延びる複数の振動腕と、
   前記複数の振動腕にその長さ方向に沿ってそれぞれ形成された長溝と、
   前記振動腕の基端付近において前記基部を部分的に縮幅するようにしてこの基部の両側面に形成された切り込み部と、
   前記各振動腕の先端部にそれぞれ形成された振動腕と一体の錘部と、
   前記錘部の前記振動腕との結合箇所おいて、前記錘部の幅寸法が拡大する拡幅部と、を備え、
   前記拡幅部は、前記振動腕と接続する第１の傾斜面と、前記第１の傾斜面に接続する第２の傾斜面と、を有し、
   前記第１の傾斜面と、前記拡幅部の中心線との成す角は、前記第２の傾斜面と、前記拡幅部の中心線との成す角よりも小さく、
   前記各振動腕に形成される錘部は、圧電材料をエッチングして各振動腕の外形を形成する際に同時形成されるとともに、それぞれの錘部について、前記第１、第２の傾斜面はそれぞれ、前記中心線に対して対称に２箇所ずつ設けられ、前記中心線は水晶のＹ軸方向に沿っている圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにしたことを特徴とする、携帯電話装置。
7. パッケージまたはケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイスを利用した電子機器であって、
   前記圧電振動片が、
   圧電材料により形成された基部と、
   前記基部と一体に形成され、互いに平行に延びる複数の振動腕と、
   前記複数の振動腕にその長さ方向に沿ってそれぞれ形成された長溝と、
   前記振動腕の基端付近において前記基部を部分的に縮幅するようにしてこの基部の両側面に形成された切り込み部と、
   前記各振動腕の先端部にそれぞれ形成された振動腕と一体の錘部と、
   前記錘部の前記振動腕との結合箇所おいて、前記錘部の幅寸法が拡大する拡幅部と、を備え、
   前記拡幅部は、前記振動腕と接続する第１の傾斜面と、前記第１の傾斜面に接続する第２の傾斜面と、を有し、
   前記第１の傾斜面と、前記拡幅部の中心線との成す角は、前記第２の傾斜面と、前記拡幅部の中心線との成す角よりも小さく、
   前記各振動腕に形成される錘部は、圧電材料をエッチングして各振動腕の外形を形成する際に同時形成されるとともに、それぞれの錘部について、前記第１、第２の傾斜面はそれぞれ、前記中心線に対して対称に２箇所ずつ設けられ、前記中心線は水晶のＹ軸方向に沿っている圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにしたことを特徴とする、電子機器。

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