JP6148881B2 - 圧電振動片、圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計 - Google Patents

Description

この発明は、圧電振動片、圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計に関する。

従来、一対の振動腕部と基部とを有する圧電振動片を備え、一対の振動腕部の間に設けられた基部をパッケージの内部に固定することによって、パッケージの内部に圧電振動片を収容するピエゾ電子共振器が知られている（特許文献１および特許文献２参照）。

特開２００６−３４５５１７号公報 特開２００６−３４５５１９号公報

ところで、上記従来技術によれば、ピエゾ電子共振器の小型化に伴い、振動時、又は外部衝撃を受けた時に、一対の振動腕部の先端部の角部及び外側側面と、基部の先端部とが接触し、振動腕部の先端部に割れや欠けが生じる可能性がある。振動腕部の先端部に割れや欠けが生じると、圧電振動片の耐衝撃性、信頼性が低下することになる。
そこで基部と振動腕部の基端部とを連結する連結部の長さを長くし、言い換えると振動腕部と基部との間の叉部の間隔を広げ、基部の先端部と振動腕部の先端部とのクリアランスを広く保つことで振動腕部の先端部と基部との接触を回避する構成が考えられる。しかし、連結部を長くすると、連結部自体が振動しやすくなることから、２次の振動モードにおける等価直列抵抗値Ｒ２（以下、Ｒ２とする）が低くなることがわかっている。よって、所望の基本波モードではなく、圧電振動片が２次又は高次の振動モードで屈曲振動してしまう。つまり、連結部を長くすると、所望の周波数を得ることができないといった課題がある。

そこで本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、一対の振動腕部の間に基部が設けられている圧電振動片において、基本波モードで振動させつつ、振動腕部の先端部と基部との接触を回避可能な圧電振動片を提供することを目的とする。また、かかる圧電振動片を有する圧電振動子、発振器、電子機器、及び電波時計を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、一対の振動腕部と、前記一対の振動腕部の間に設けられる基部と、前記一対の振動腕部の基端部と前記基部の基端部とを連結する連結部と、を備える圧電振動片において、前記振動腕部は屈曲点を有しており、前記振動腕部の基端部から前記屈曲点までは、前記基部から遠ざかる方向に前記振動腕部が延び、前記屈曲点から前記振動腕部の先端部までは前記基部に沿って前記振動腕部が延びていることを特徴とする。なお、ここでいう屈曲点は必ずしも「屈曲」のみを意味するものではなく、振動腕が緩やかに曲がる「湾曲」を意味するものであってもよい。

さらに、本発明の第２の発明に係る圧電振動片は、前記基部が延びる方向において、前記振動腕部の基端部から先端部までの長さをＬ１とし、前記振動腕部の基端部から前記屈曲点までの長さをＬ２とした場合に、Ｌ２／Ｌ１＞０．１７を満たしていることを特徴とする。

さらに、本発明の第３の発明に係る圧電振動片では、前記振動腕部の先端部には、前記振動腕部の基端部の幅寸法よりも幅広な幅広部が形成されていることを特徴とする。

さらに、本発明の第４の発明に係る圧電振動片では、前記基部は、前記振動腕部の先端部近傍まで延びていることを特徴とする。

さらに、本発明の第５の発明に係る圧電振動片では、前記振動腕部の主面には、振動腕部の長手方向に沿って延びる溝部が形成されていることを特徴とする。

また、本発明の第６の発明に係る圧電振動子では、上記記載の圧電振動片を気密封止されたパッケージ内に備え、前記基部において前記圧電振動片が前記パッケージ内に実装されていることを特徴とする。

また、本発明の第７の発明に係る発振器は、上記圧電振動子を備え、該圧電振動子は発振子として集積回路に電気的に接続されている。

また、本発明の第８の発明に係る電子機器は、上記圧電振動子を備え、該圧電振動子は計時部に電気的に接続されている。

また、本発明の第９の発明に係る電波時計は、上記圧電振動子を備え、該圧電振動子はフィルタ部に電気的に接続されている。

本発明の圧電振動片によれば、一対の振動腕部の間に基部が設けられている圧電振動片において、基本波モードで振動させつつ、振動腕部の先端部と基部との接触を回避可能な圧電振動片を提供することが可能になる。また、かかる圧電振動片を有する圧電振動子、発振器、電子機器、及び電波時計を提供することが可能になる。

特に、振動腕部と基部との間に形成される叉部の間隔を広くすることなく、振動腕部の先端部と基部とのクリアランスを広くすることができるので、Ｒ２を低下させることなく基本波モードでの屈曲振動を実現しつつ、振動腕部の先端部と基部との接触を回避することが可能になる。

また、振動腕部の基端部から先端部までの長さをＬ１とし、振動腕部の基端部から屈曲点までの長さをＬ２とした場合に、Ｌ２／Ｌ１＞０．１７を満たしていれば、より確実に基本波モードで屈曲振動しやすくなる。

また、本発明の圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計によれば、作動信頼性を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る圧電振動子の外観斜視図である。 図１に示す圧電振動子の内部構成図である。 図２に示すＡ−Ａ線に沿った圧電振動子の断面図である。 圧電振動片の平面図である。 図４のＢ−Ｂ線における断面を示す図である。 本発明に係る発振器の一実施形態を示す構成図である。 本発明に係る電子機器の一実施形態を示す構成図である。 本発明に係る電波時計の一実施形態を示す構成図である。

以下、本発明の一実施形態に係る圧電振動片、圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計について説明する。

本実施形態の圧電振動子１は、例えば図１〜図３に示すように、接合材３５を介して接合されたベース基板２とリッド基板３とからなる箱状のパッケージ５と、パッケージ５の内部に封止されたキャビティＣに収容された圧電振動片４と、を備える表面実装型の圧電振動子１である。なお、パッケージ５の形態はこれに限られるものではなく、セラミックのベース基板、枠部材、金属製のリッド基板とを有したセラミックパッケージであってもよい。

圧電振動片４とベース基板２に設置された外部電極３８，３９とは、ベース基板２を貫通する一対の貫通電極３２，３３によって電気的に接続されている。セラミックパッケージの場合は、セラミックのベース基板に貫通電極が形成されるか、又は複層化されたセラミック基板の間から電極を引き回すかによってパッケージの内部と外部との導通が図られる。

圧電振動片４は、例えば図４に示すように、水晶、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムなどの圧電材料から形成された音叉型の圧電板２４を備え、所定の電圧の印加によって屈曲振動する。なお、屈曲振動は大きく分けると、基本波モードと高調波モードとがあり、所望の周波数（例えば３２．７６８ｋＨｚ）を得るためには基本波モードで振動させることが必要になる。基本波モードで振動させるためには、圧電振動片４の基本波モードの等価直列抵抗値Ｒ１（以下、Ｒ１とする）と、２次高調波モードの等価直列抵抗値Ｒ２とを比較した場合に、Ｒ１＜Ｒ２とする必要がある。即ち、圧電振動片４は、等価直列抵抗値の最も低いモードで屈曲振動しようとするので、基本波モードで屈曲振動させるためには、Ｒ１を下げ、Ｒ２を上げることが必要になる。逆に、Ｒ２が低下し、Ｒ１＞Ｒ２となってしまうと、圧電振動片４は２次高調波モードで振動することになる。
この圧電板２４は、中心軸Ｏを挟んで配置された一対の振動腕部１０，１１と、一対の振動腕部１０，１１の間に配置され、外部に固定される基部１２と、一対の振動腕部１０，１１の基端部１０ａ，１１ａと基部１２の基端部１２ａとを連結する一対の連結部１３，１４とを備えている。なお、振動腕部１０、１１の長さ方向の寸法は、振動腕部１０、１１の間隔（基端部１０ａ、１１ａにおける振動腕部１０、１１の間隔）の２倍以上に設定されている。さらに基部１２は、振動腕部１０、１１の先端部近傍まで延びている。ここで先端部近傍とは、振動腕部１０、１１の長手方向の中点よりも先端側のことを指す。

一対の振動腕部１０，１１の先端部１０ｂ、１１ｂには、拡幅部が形成されている。つまり、先端部１０ｂ，１１ｂの幅寸法が基端部１０ａ，１１ａの幅寸法に比べて拡大されたハンマーヘッドタイプであって、振動腕部１０，１１の先端部１０ｂ，１１ｂの重量および振動時の慣性モーメントが増大させられている。これによって、振動腕部１０，１１は振動し易くなり、振動腕部１０，１１の長さを短くすることができ、小型化が図られている。なお、ここではハンマーヘッドタイプの振動腕部１０、１１について説明しているが、本発明を適用可能な圧電振動片はハンマーヘッドタイプに限定されるものではない。つまり、先端部１０ｂ、１１ｂの幅寸法と基端部１０ａ、１１ａの幅寸法が略等しいタイプの圧電振動片であってもよいし、さらには先端部１０ｂ、１１ｂが基端部と比較して先細りするタイプの圧電振動片であってもよい。

また、本実施形態では、各振動腕部１０，１１の先端部１０ｂ，１１ｂと中心軸Ｏとの間の距離が、各振動腕部１０，１１の基端部１０ａ，１１ａと中心軸Ｏとの間の距離よりも広くなるように形成されている。つまり、振動腕部１０、１１の振動時、もしくは外部衝撃を受けた時に、振動腕部１０，１１の先端部１０ｂ、１１ｂと基部１２の先端部１２ｂとが接触しない程度の十分なクリアランスが確保されている。

このクリアランスは、基部１２から遠ざかる方向に振動腕部１０、１１が基端部１０ａ、１１ａから延びていることで確保されるクリアランスである。即ち、本実施形態では、振動腕部１０、１１が屈曲点Ｐを有しており、振動腕部１０、１１の基端部１０ａ、１１ａから屈曲点Ｐまでは、基部１２から遠ざかる方向に振動腕部１０、１１が延び、屈曲点Ｐから振動腕部１０、１１の先端部１０ｂ、１１ｂまでは基部１２に沿って振動腕部１０、１１が延びていることを特徴とする。なお、本実施形態では屈曲点Ｐとしているが、本願発明はこれに限られるものではなく、「湾曲」した形状であってもよい。その場合は、湾曲の起点を「屈曲点」とする。

また、一対の振動腕部１０，１１は、一対の連結部１３，１４との接続部α，βにおいて、各先端部１０ｂ，１１ｂから基端部１０ａ，１１ａに向かう方向Ｄ１０，Ｄ１１と、各連結部１３，１４が基部１２の基端部１２ａから延びる方向Ｄ１３，Ｄ１４と、の交差角度θが９０°よりも大きい角度となるように形成されている。

なお、交差角度θをより大きくすれば、基部１２と振動腕部１０，１１の先端部１０ｂ、１１ｂのクリアランスをより大きくとることができるが、パッケージの内壁と振動腕部１０、１１の先端部１０ｂ、１１ｂの接触が懸念されるので、交差角度θはパッケージの内壁とのクリアランスも考慮して決定するとよい。さらに、交差角度θが大きすぎると振動腕部１０、１１の屈曲振動にも影響が出る可能性がある（例えば安定した周波数で振動しなくなる、振動腕部の強度が低下するなど）ので、振動に与える影響も考慮して決定するとよい。

なお、例えば、各振動腕部１０，１１の幅方向寸法Ｌａ（例えば、６０μｍなど）に対して、基部１２の先端部１２ｂと各振動腕部１０，１１との間の距離Ｌｂは、各振動腕部１０，１１の幅方向寸法Ｌａに応じた値（例えば、４０〜５０μｍなど）に設定されている。

一対の振動腕部１０，１１は、一対の振動腕部１０，１１を振動させる第１の励振電極１５及び第２の励振電極１６からなる励振電極を圧電材料からなる圧電体（圧電板２４）の表面上に備えている。
基部１２は、第１の励振電極１５及び第２の励振電極１６と引き回し電極３６，３７とを電気的に接続する一対のマウント電極（図示略）を圧電材料からなる圧電体（圧電板２４）の表面上に備えている。

圧電板２４は、一対の振動腕部１０，１１の両主面上に、振動腕部１０，１１の長手方向（延在方向）に沿ってそれぞれ形成された溝部１８を備えている。溝部１８は、例えば、振動腕部１０，１１の基端側からほぼ中央付近に至る間に形成されている。なお、ここでは振動腕部１０、１１に溝部１８を設けた形態について説明するが、本発明は、振動腕部１０，１１に溝部１８を設けない圧電振動片に対しても適用可能である。また、溝部１８は、屈曲点Ｐよりも基部１２側に設けられているが、本発明に係る圧電振動片４はこれに限られるものではなく、屈曲点Ｐよりも振動腕部１０、１１の先端側まで延びていてもよい。また、屈曲点Ｐ近傍には溝部を形成せず、屈曲点Ｐよりも基部１２側、または／及び先端側に溝部１８を設ける構成であってもよい。

第１の励振電極１５および第２の励振電極１６からなる励振電極は、一対の振動腕部１０，１１の外表面上に互いに電気的に絶縁された状態でパターニングされ、一対の振動腕部１０，１１を互いに接近または離間する方向に所定の周波数で振動させる。
より詳細には、例えば、第１の励振電極１５は、主に、第１の振動腕部１０の溝部１８上と、第２の振動腕部１１の両側面上とに設けられている。
また、第２の励振電極１６は、主に、第１の振動腕部１０の両側面上と、第２の振動腕部１１の溝部１８上とに設けられている。

第１の励振電極１５及び第２の励振電極１６は、基部１２の両主面上において、それぞれ引き出し電極（図示略）を介してマウント電極（図示略）に電気的に接続されている。
これにより、圧電振動片４は、マウント電極（図示略）を介して電圧印加される。

一対の振動腕部１０，１１は、自身の振動状態を所定の周波数の範囲内で振動するように調整するための周波数調整用に外表面上に被膜された重り金属膜（図示略）を備えている。
重り金属膜（図示略）は、例えば、周波数を粗く調整するための粗調膜（図示略）と、微小調整するための微調膜（図示略）とを備えている。
この周波数調整は、粗調膜及び微調膜の重量調整によって行なわれ、一対の振動腕部１０，１１の周波数は所定の目標周波数の範囲内に収まるように調整される。

圧電振動片４は、例えば図３に示すように、金などのバンプＢによって、ベース基板２の表面（リッド基板３に対向する表面）上に設けられた引き回し電極３６，３７上にバンプ接合されている。なお、セラミックパッケージを用いる場合は、導電性接着剤によってセラミックのベース基板上に圧電振動片４を実装することも可能である。
より詳細には、圧電振動片４の第１の励振電極１５は、第１のマウント電極（図示略）及びバンプＢを介して第２の引き回し電極３７上にバンプ接合され、第２の励振電極１６は、第２のマウント電極（図示略）及びバンプＢを介して第１の引き回し電極３６上にバンプ接合されている。

これにより、圧電振動片４はベース基板２の表面（リッド基板３に対向する表面）から浮いた状態で支持されるとともに、各マウント電極（図示略）と引き回し電極３６，３７とはそれぞれ電気的に接続されている。なお、ベース基板２において、圧電振動片４の先端部に対向する領域に凹部を設けてもよい。凹部を設けることにより、外部衝撃を受けたさいなどに圧電振動片４の先端部とベース基板２とが接触し、該先端部に割れ、欠け等が生じる可能性を低減できる。

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透明の絶縁基板によって板状に形成されている。そして、ベース基板２に接合される接合面側には、圧電振動片４を収容可能な矩形状の凹部３ａを備えている。なお、セラミックパッケージの際は、金属製のリッドが、ろう材等によって接合されている。
この凹部３ａは、両基板２，３が重ね合わされたときに、ベース基板２の表面（リッド基板３に対向する表面）と、によって、圧電振動片４を収容するキャビティＣを形成する。

リッド基板３は、ベース基板２に対向する表面全体に設けられた接合材３５を備えている。接合材３５は、例えばベース基板２との接合面および凹部３ａの内面全体に亘って設けられている。リッド基板３は、凹部３ａをベース基板２側に対向させた状態でベース基板２に対して接合材３５を介して陽極接合され、キャビティＣを気密封止している。

ベース基板２は、リッド基板３と同様にガラス材料、例えばソーダ石灰ガラスからなる透明な絶縁基板によって、またはセラミック材料によって、リッド基板３に対して重ね合わせ可能な大きさの板状に形成されている。ベース基板２は、厚さ方向に貫通するとともにキャビティＣ内にて開口する一対のスルーホール３０，３１を備えている。

より詳細には、例えば、本実施形態のスルーホール３０，３１のうち、第１のスルーホール３０は、実装された圧電振動片４の基部１２の基端部１２ａに臨む位置に形成されている。また、第２のスルーホール３１は、振動腕部１０，１１の先端部１０ｂ，１１ｂ間に臨む位置に形成されている。また、これらのスルーホール３０，３１は、ベース基板２の第１の表面から第２の表面（リッド基板３に対向する表面）に向かって漸次径が縮径した断面テーパ状に形成されている。

なお、本実施形態では、各スルーホール３０，３１は断面テーパ状に形成されているとしたが、これに限定されず、例えばベース基板２を同一径にて厚さ方向に貫通するスルーホールでもあってもよく、要するにベース基板２を貫通していればよい。

一対のスルーホール３０，３１は、各スルーホール３０，３１を埋めるように形成された一対の貫通電極３２，３３を備えている。貫通電極３２，３３は、焼成によってスルーホール３０，３１に対して一体的に固定された筒体６及び芯材部７によって形成され、スルーホール３０，３１を塞いでキャビティＣ内の気密を維持するとともに、外部電極３８，３９と引き回し電極３６，３７とを導通させる。

より詳細には、例えば、第１の貫通電極３２は、外部電極３８と基部１２との間で引き回し電極３６に臨んで配置され、第２の貫通電極３３は、外部電極３９と振動腕部１０，１１の先端部１０ｂ，１１ｂ間との間で引き回し電極３７に臨んで配置されている。

筒体６は、ペースト状のガラスフリットの焼成によって形成されている。なお、セラミックパッケージの場合は、ビア電極によって貫通電極が形成される。
より詳細には、例えば、筒体６は、平坦な両端およびベース基板２とほぼ同じ厚みを有する円筒状に形成されている。そして、筒体６は、筒体６を厚さ方向に貫通する中心孔に挿入された芯材部７を固定している。

また、本実施形態ではスルーホール３０，３１の形状に合わせて、筒体６の外形は円錐状（断面テーパ状）となるように形成されている。そして、この筒体６は、スルーホール３０，３１内に埋め込まれた状態で焼成されており、これらスルーホール３０，３１に対して強固に固着されている。

芯材部７は、金属材料により円柱状に形成された導電性の芯材であり、筒体６と同様に平坦な両端およびベース基板２の厚みとほぼ同じ厚さを有している。
芯材部７は、筒体６の中心孔６ｃに位置しており、筒体６の焼成によって筒体６に対して強固に固着される。そして、貫通電極３２，３３は、導電性の芯材部７によって電気導通性が確保されている。

ベース基板２は、リッド基板３が接合される接合面側の表面上に、導電性材料（例えば、アルミニウム）によってパターニングされた一対の引き回し電極３６，３７を備えている。一対の引き回し電極３６，３７は、一対の貫通電極３２，３３のうち、第１の貫通電極３２と圧電振動片４の第２のマウント電極（図示略）とを電気的に接続するとともに、第２の貫通電極３３と圧電振動片４の第１のマウント電極（図示略）とを電気的に接続する。

より詳細には、例えば、第１の引き回し電極３６は、中心軸Ｏの軸方向に沿って、基部１２の基端部１２ａに配置された第１の貫通電極３２から基部１２の先端部１２ｂに配置された支持部３６ａに向かって延びるように設けられている。
第１の引き回し電極３６は、支持部３６ａのバンプＢによるバンプ接合によって基部１２の先端部１２ｂを、ベース基板２の表面（リッド基板３に対向する表面）から浮いた状態で支持するとともに、圧電振動片４の第２のマウント電極（図示略）に電気的に接続されている。

第２の引き回し電極３７は、中心軸Ｏの軸方向に沿って、一対の振動腕部１０，１１の先端部１０ｂ，１１ｂ間の位置に配置された第２の貫通電極３３から基部１２の先端部１２ｂに配置された支持部３７ａに向かって延びるように設けられている。
第２の引き回し電極３７は、支持部３７ａのバンプＢによるバンプ接合によって基部１２の先端部１２ｂを、ベース基板２の表面（リッド基板３に対向する表面）から浮いた状態で支持するとともに、圧電振動片４の第１のマウント電極（図示略）に電気的に接続されている。

これらにより、圧電振動片４の第２のマウント電極（図示略）は、第１の引き回し電極３６を介して第１の貫通電極３２に導通される。第１のマウント電極（図示略）は、第２の引き回し電極３７を介して第２の貫通電極３３に導通される。

ベース基板２は、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る外部電極３８，３９を第１の表面上に備えている。
第１の外部電極３８は、第１の貫通電極３２及び第１の引き回し電極３６を介して圧電振動片４の第２の励振電極１６に電気的に接続されている。
また、第２の外部電極３９は、第２の貫通電極３３及び第２の引き回し電極３７を介して、圧電振動片４の第１の励振電極１５に電気的に接続されている。

この圧電振動子１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が印加されることによって作動し、圧電振動片４の第１の励振電極１５及び第２の励振電極１６からなる励振電極に電流を流すことによって、一対の振動腕部１０，１１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。
この一対の振動腕部１０，１１の振動は、時刻源、制御信号のタイミング源やリファレンス信号源などとして用いられる。

上述したように、本実施の形態による圧電振動片４によれば、振動腕部１０、１１が屈曲点Ｐを有しており、振動腕部１０、１１の基端部１０ａ、１１ａから屈曲点Ｐまでは、基部１２から遠ざかる方向に振動腕部１０、１１が延び、屈曲点Ｐから振動腕部１０、１１の先端部１０ｂ、１１ｂまでは基部１２に沿って振動腕部１０、１１が延びていることで、連結部１３、１４の長さ（圧電振動片４の幅方向の長さ）を長くすることなく、言い換えれば圧電振動片４と基部１２との間の叉部の間隔を大きくすることなく、振動腕部１０，１１の先端部１０ｂ、１１ｂと基部１２とのクリアランスを広くすることが可能になる。

上述したように、連結部１０ｂ、１１ｂを長くすると、連結部１０ｂ、１１ｂ自体が振動しやすくなり、２次高調波モードの等価直列抵抗値Ｒ２が下がりやすくなることが知られているが、本実施形態によれば、連結部１０ｂ、１１ｂの長さを長くする必要がないので、Ｒ２を下げることなく、基本波モードで圧電振動片４を振動させつつ、さらに振動腕部１０、１１の先端部１０ｂ、１１ｂと基部１２との接触を回避することが可能になる。

また、振動腕部１０、１１の先端部１０ｂ、１１ｂと基部１２との接触が回避できるので、基部１２の長手寸法を長くとる事が可能になり、つまりより広い範囲で圧電振動片４をマウントすることが可能になるので、圧電振動片４の実装強度を向上させることが可能になる。

また、基部１２の長手寸法が長くなることで、振動腕部１０、１１で生じた振動を基部１２において十分に減衰させることが可能になるので、振動腕部１０、１１で生じた振動がパッケージ側へ漏れてしまう所謂振動漏れを低減することが可能になる。

また、本発明者らのシミュレーションによれば、振動腕部１０，１１の基端部１０ａ、１１ａから先端部１０ｂ、１１ｂまでの長さをＬ１とし、振動腕部１０、１１の基端部１０ａ、１１ａから屈曲点Ｐまでの長さをＬ２とした場合に、Ｌ２／Ｌ１＞０．１７を満たしていると、より確実に基本波モードで振動させることが可能になることが判明した。

即ち、Ｌ２／Ｌ１が小さい場合、言い換えれば屈曲点Ｐが振動腕部１０、１１の基端部１０ａ、１１ａに近い場合は、振動腕部１０、１１の先端部１０ｂ、１１ｂでクリアランスを十分に確保しようとすると、交差角度θを大きくする必要があるが、交差角度θを大きくすると、上述したようにパッケージとの接触の課題や、基本波モードで屈曲振動しにくくなるといった振動性の課題が生じてしまう。そこで、これらの課題を回避すべく発明者らがシミュレーションを行った結果、Ｌ２／Ｌ１＞０．１７であれば、より確実に上述した効果を得られる点を見出した。

（発振器）
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について説明する。
本実施形態の発振器１００は、図６に示すように、圧電振動子１を、集積回路１０１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１００は、発振器用の上述した集積回路１０１と、コンデンサなどの電子部品１０２と、集積回路１０１の近傍に配置された圧電振動子１の圧電振動片４とを、基板１０３上に備えている。
これら電子部品１０２と、集積回路１０１と、圧電振動子１とは、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。

このように構成された発振器１００において、圧電振動子１に電圧を印加すると、この圧電振動子１内の圧電振動片４は振動する。
この振動は、圧電振動片４の圧電特性により電気信号に変換されて、集積回路１０１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１０１による各種処理の実行後に周波数信号として出力される。これにより、圧電振動子１は発振子として機能する。
また、集積回路１０１の構成を、例えば、ＲＴＣ（リアルタイムクロック）モジュールなど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などの他、当該機器や外部機器の動作日や時刻を制御したり、時刻やカレンダーなどを提供したりする機能を付加することができる。

上述したように、本実施形態の発振器１００によれば、上述した圧電振動子１を備えているので、特性及び信頼性に優れた高品質な発振器１００を提供できる。
さらにこれに加え、長期にわたって安定した高精度な周波数信号を得ることができる。

（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説明する。
なお電子機器として、上述した圧電振動子１を有する携帯情報機器１１０を例にして説明する。
本実施形態の携帯情報機器１１０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など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。しかも、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。

（携帯情報機器）
次に、本実施形態の携帯情報機器１１０の構成について説明する。
この携帯情報機器１１０は、図７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１１１とを備えている。
電源部１１１は、例えば、リチウム二次電池から構成されている。
そして、各種制御を行う制御部１１２と、時刻などのカウントを行う計時部１１３と、外部との通信を行う通信部１１４と、各種情報を表示する表示部１１５と、それぞれの機能部の電圧を検出する電圧検出部１１６とは、電源部１１１に並列に接続されている。
そして、電源部１１１から各機能部に電力が供給される。

制御部１１２は、各機能部を制御して音声データの送信及び受信、現在時刻の計測や表示など、システム全体の動作制御を行う。
また、制御部１１２は、予めプログラムが書き込まれたＲＯＭと、このＲＯＭに書き込まれたプログラムを読み出して実行するＣＰＵと、このＣＰＵのワークエリアとして使用されるＲＡＭなどと、を備えている。

計時部１１３は、発振回路、レジスタ回路、カウンタ回路及びインターフェース回路など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に電圧が印加されると圧電振動片４は振動し、この振動は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１１２と信号の送受信が行われ、表示部１１５に、現在時刻や現在日付或いはカレンダー情報などが表示される。

通信部１１４は、従来の携帯電話と同様の機能を有し、無線部１１７、音声処理部１１８、切替部１１９、増幅部１２０、音声入出力部１２１、電話番号入力部１２２、着信音発生部１２３及び呼制御メモリ部１２４を備えている。
無線部１１７は、音声データなどの各種データを、アンテナ１２５を介して基地局と送受信のやりとりを行う。
音声処理部１１８は、無線部１１７又は増幅部１２０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１２０は、音声処理部１１８又は音声入出力部１２１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１２１は、スピーカやマイクロフォンなどからなり、着信音や受話音声を拡声したり、音声を集音したりする。

また、着信音発生部１２３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１１９は、着信時に限って、音声処理部１１８に接続されている増幅部１２０を着信音発生部１２３に切り替えることによって、着信音発生部１２３において生成された着信音が増幅部１２０を介して音声入出力部１２１に出力される。
なお、呼制御メモリ部１２４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１２２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、これら番号キーなどを押下することにより、通話先の電話番号などが入力される。

電圧検出部１１６は、電源部１１１によって制御部１１２など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１１２に通知する。このときの所定の電圧値は、通信部１１４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１１６から電圧降下の通知を受けた制御部１１２は、無線部１１７、音声処理部１１８、切替部１１９及び着信音発生部１２３の動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部１１７の動作停止は、必須となる。さらに、表示部１１５に、通信部１１４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。

すなわち、電圧検出部１１６と制御部１１２とによって、通信部１１４の動作を禁止し、その旨を表示部１１５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１１５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よい。
なお、通信部１１４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１２６を備えることで、通信部１１４の機能をより確実に停止することができる。

上述したように、本実施形態の携帯情報機器１１０によれば、上述した圧電振動子１を備えているので、特性及び信頼性に優れた高品質な携帯情報機器１１０を提供できる。さらにこれに加え、長期にわたって安定した高精度な時計情報を表示することができる。

（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９を参照して説明する。
本実施形態の電波時計１３０は、図９に示すように、フィルタ部１３１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、上述した２つの送信所で日本国内を全て網羅している。

以下、電波時計１３０の機能的構成について詳細に説明する。
アンテナ１３２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１３３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１３１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、上述した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１３８、１３９をそれぞれ備えている。

さらに、濾波された所定周波数の信号は、検波、整流回路１３４により検波復調される。続いて、波形整形回路１３５を介してタイムコードが取り出され、ＣＰＵ１３６でカウントされる。
ＣＰＵ１３６では、現在の年、積算日、曜日、時刻などの情報を読み取る。読み取られた情報は、ＲＴＣ１３７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１３８、１３９は、上述した音叉型の構造を持つ振動子が好適である。

なお、上述の説明は、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１３０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。

上述したように、本実施形態の電波時計１３０によれば、上述した圧電振動子１を備えているので、特性及び信頼性に優れた高品質な電波時計１３０を提供できる。さらにこれに加え、長期にわたって安定して高精度に時刻をカウントすることができる。

なお、本発明の技術範囲は上述した実施の形態に限定されるものではなく、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。

例えば、上述した実施形態では、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、公知のセラミックパッケージタイプの圧電振動子や、シリンダパッケージタイプの圧電振動子を、さらにモールド樹脂部で固めて表面実装型振動子としても構わない。

１…圧電振動子 ４…圧電振動片 ５…パッケージ １０，１１…振動腕部 １２…基部
１３、１４…連結部 １００…発振器 １０１…発振器の集積回路 １１０…携帯情報機器（電子機器） １１３…電子機器の計時部 １３０…電波時計 １３１…電波時計のフィルタ部 Ｃ…キャビティ

Claims (8)

1. 一対の振動腕部と、
   前記一対の振動腕部の間に設けられる基部と、
   前記一対の振動腕部の基端部と前記基部の基端部とを連結する連結部と、
   を備える圧電振動片において、
   前記振動腕部は屈曲点を有しており、前記振動腕部の基端部から前記屈曲点までは、前記基部から遠ざかる方向に前記振動腕部が延び、前記屈曲点から前記振動腕部の先端部までは前記基部に沿って前記振動腕部が延びていることを特徴とする圧電振動片。
2. 前記基部が延びる方向において、
   前記振動腕部の基端部から先端部までの長さをＬ１とし、前記振動腕部の基端部から前記屈曲点までの長さをＬ２とした場合に、Ｌ２／Ｌ１＞０．１７を満たし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. 前記振動腕部の先端部には、前記振動腕部の基端部の幅寸法よりも幅広な幅広部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電振動片。
4. 前記振動腕部の主面には、振動腕部の長手方向に沿って延びる溝部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧電振動片。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の圧電振動片を気密封止されたパッケージ内に備え、前記基部において前記圧電振動片が前記パッケージ内に実装されていることを特徴とする圧電振動子。
6. 請求項５に記載の圧電振動子を備え、該圧電振動子は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。
7. 請求項５に記載の圧電振動子を備え、該圧電振動子は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。
8. 請求項５に記載の圧電振動子を備え、該圧電振動子は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。

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