説明

電子機器

【課題】振動特性を維持しつつ小型化が可能な振動片を用いた電子機器を提供する。
【解決手段】基部2と、基部2を付け根にして延出し基部2の幅方向に沿って配列された一対の腕部3aと、基部2を腕部3aのそれぞれの側から幅方向に縮幅して形成された切り込み部7とを有し、付け根は、腕部3aが互いに対向している側に位置する第1の付け根部31および腕部3aが対向していない側に位置する第2の付け根部32を有し、第1の付け根部31から第2の付け根部32までの長さAと、第1の付け根部31から切り込み部7の内端部7aまでの長さBとの関係がA≧Bである水晶振動片1と、回路部とを有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、振動腕を有する振動片を備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、屈曲振動をする振動片は、基部と、基部から延出し幅方向に沿って形成された振動腕と、振動腕に形成された長溝および電極と、基部を幅方向に縮幅するように形成された切り込み部と、を有している。この場合、振動腕は、その腕幅寸法が基部側から先端側に向かって徐々に縮幅すると共に、幅変更点より先端側では、腕幅寸法が一定または増加に転じる設定となっている。また、長溝および電極は、振動腕の基部側から幅変更点までの間に形成されている。このような構成の振動片は、切り込み部を有することにより、振動腕が不要な方向へ振動して生じる、いわゆる振動漏れが、振動腕から基部へ伝搬することを抑制でき、さらに、振動腕における腕幅の縮幅および先端側の質量増により、振動腕の振動数を上げることなく腕長さを短縮することが可能である。従って、振動片は、振動特性を維持しつつ小型化することが可能である(例えば特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2006−311090号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、この技術は、切り込み部や幅変更点の設置および腕幅寸法の縮幅等により、従来の振動片を小型化することを可能としたものであるが、近年、振動片の更なる小型化が要望されるようになり、これに対応して振動片の小型化を推進していくと、単に切り込み部や幅変更点等を設けるだけでは、振動特性を確実に維持することが困難な場合があった。このような振動特性の維持が困難である振動片を用いた電子機器は、電子機器としての機能を発揮することができなくなる虞があるという課題を有していた。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。
【0006】
[適用例1]本適用例に係る電子機器は、振動片と、前記振動片を駆動する回路部と、を有し、前記振動片は、基部と、前記基部を付け根にして延出し、前記基部の幅方向に沿って配列された一対の腕部と、前記腕部に設けられた溝部と、前記基部を支持するための支持部と、前記基部と前記支持部とを接続するための接続部と、前記基部を前記腕部のそれぞれの側から幅方向に縮幅して形成された切り込み部と、を有し、前記付け根は、前記腕部が互いに対向している側に位置する第1の付け根部および前記腕部が対向していない側に位置する第2の付け根部を有し、前記第1の付け根部から前記第2の付け根部までの長さAと、前記第1の付け根部から前記切り込み部の内端部までの長さBと、の関係が、A≧Bであることを特徴とする。
【0007】
この振動片によれば、腕部は、基部と一体にそれぞれ形成されていて、それらの配列は、基部の幅方向に沿った構成である。また、基部との接点である付け根における腕部の幅は、第1の付け根部と第2の付け根部との間の長さAである。この場合、第1の付け根部および第2の付け根部は、基部の幅方向に沿って位置しており、さらに、各腕部の第1の付け根部は、腕部が互いに対向するような配置、つまり腕部が互いに向き合っている側に配置されている。そして、基部には、切り込み部が設けられていて、切り込み部は、腕部が設けられているそれぞれの側の基部端部から幅方向に切り込んで形成されており、基部内部側の端が内端部である。これら腕部と切り込み部とは、対をなすような形態で基部に形成されていて、腕部の第1の付け根部と切り込み部の内端部との最短距離が長さBである。このような構成の振動片は、腕部の第1の付け根部から第2の付け根部までの長さAと、当該第1の付け根部から当該第1の付け根部と対をなす内端部までの長さBと、の関係がA≧Bとなるように設定したことに特徴を有する。長さAと長さBとがA≧Bの関係であれば、長さAより短い長さBに該当する、第1の付け根部と内端部との間を軸として、腕部が振動することになる。即ち、腕部の振動による応力は、切り込み部に集中するため、いわゆる振動漏れの基部への伝搬を抑制することができ、振動片を小型化しても安定して振動することが可能である。一方、長さAと長さBとがA≦Bの関係であれば、長さBより短い長さAに該当する、第1の付け根部と第2付け根部とを含む間を軸として、腕部が振動することになり、切り込み部を設けた効果が薄れ、振動漏れの基部への伝搬を抑制することが困難である。以上により、第1の付け根部から第2の付け根部までの長さAと、第1の付け根部から切り込み部の内端部までの長さBと、の関係をA≧Bに設定した振動片は、振動特性を維持しつつ、より小型化が可能である。従って、この振動片を用いた電子機器は、電子機器としての機能を維持することが可能となる。
【0008】
[適用例2]上記適用例に係る電子機器において、前記腕部の腕幅は、前記基部の側から先端の側へ向かって徐々に縮幅していることが好ましい。
【0009】
この構成によれば、腕部は、基部との接点である付け根部の長さAを最大の腕幅とし、基部から先端の側へ延出するに伴って縮幅し、腕幅が徐々に細くなっている。つまり、この形態の腕部は、付け根における剛性が最も高くなっている。そのため、振動片の小型化等のために、腕幅をより小さくしても、腕部の振動を安定して支えることが可能である。
【0010】
[適用例3]上記適用例に係る電子機器は、前記腕部の先端にハンマーヘッドをさらに有し、前記ハンマーヘッドは、前記腕部の先端の幅より広い幅を有し、前記ハンマーヘッドの幅Cと前記腕部の付け根の長さAと、の関係が、A≧Cであることが好ましい。
【0011】
この構成によれば、腕部は、ハンマーヘッドを有していて、ハンマーヘッドを含む腕部は、その先端部分の質量が増え、腕部のみの場合に比べ質量バランスが異なっている。これにより、腕部の長さとハンマーヘッドの質量とのバランスを調整して、腕部を所定の周波数で振動させることが容易に行える。例えば、腕部の長さを短くすると、高い周波数で屈曲することになる。そこで、腕部の先端にハンマーヘッドを設ければ、周波数を抑制する等の調整が可能となり、腕部の長さを短くしても、周波数が高くなることを抑制でき、腕部は同一の振動を維持すること等が可能である。しかし、ハンマーヘッドの幅を広くして行くと、腕部の付け根への応力集中が過大な傾向になると共に、腕部の振動が不安定になってしまう。そのため、ハンマーヘッドの幅Cと腕部の付け根の長さAと、の関係をA≧Cとすることにより、腕部の付け根の剛性を確保して、腕部の振動を安定させることが可能である。
【0012】
[適用例4]上記適用例に係る電子機器において、前記腕部と前記ハンマーヘッドとの連結位置には、ヘッドテーパー部が形成されていることが好ましい。
【0013】
この構成によれば、腕部からハンマーヘッドにかけての極端な幅変化をなくしており、連結位置における応力の集中を避けることが可能な構成である。つまり、腕部とハンマーヘッドとは、連結位置において、剛性が著しく劣る箇所のないように、ヘッドテーパー部によってスムーズに連結されている。従って、腕部とハンマーヘッドとは、一体となって確実に屈曲することができ、振動片は、安定して振動することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】水晶振動片の外観を示す平面図。
【図2】振動腕の詳細な形状を示す平面図。
【図3】振動腕における励振電極の構成を示す模式図。
【図4】切り込み部の設定とCI値との関係を示すグラフ。
【図5】(a)圧電デバイスを示す平面図、(b)圧電デバイスを示す断面図。
【図6】圧電デバイスの製造工程を示すフローチャート。
【図7】本発明に係る電子機器の一例としての携帯電話機の概略を示す斜視図。
【図8】本発明に係る電子機器の一例としての携帯電話機の回路ブロック図。
【図9】本発明に係る電子機器の一例としてのパーソナルコンピューターの概略を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、添付図面を参照して、振動片を用いた電子機器について説明する。実施形態では、振動片として、音叉型の振動腕を備えた水晶振動片を一例とし、振動片は、腕部と腕部の先端に設けられたハンマーヘッドとを有する振動腕、および腕部が延出する基部に形成された切込み部等を有する形態のものである。
(実施形態)
【0016】
図1は、水晶振動片の外観を示す平面図である。また、図2は、振動腕の詳細な形状を示す平面図であって、音叉型をなす一対の振動腕3,3の片方のみを表している。まず、図1に示すように、水晶振動片(振動片)1は、X軸方向を幅方向とする基部2と、基部2からY’軸方向へ延出、即ち突起している2本の振動腕3,3と、それぞれの振動腕3に形成され平面視で略矩形状をなしている溝部4と、を有している。そして、振動腕3および溝部4の表面には、図示していない励振電極が形成されており、励振電極に駆動電流を印加することにより、振動腕3が幅方向へ屈曲して振動するようになっている。この励振電極については、図3を参照して後述する。また、水晶振動片1は、基部2の振動腕3が延出する側と反対側の位置から各振動腕3に沿う方向へ曲がって伸びるU字状の形状に形成されている支持部5と、基部2と支持部5とを接続するための接続部6と、振動腕3が延出している基部2のそれぞれの端部側からX軸に沿って切り込むことによって、基部2を幅方向に縮幅して形成された一対の切り込み部7,7と、を有している。この場合、基部2を縮幅して形成された切り込み部7は、基部2と支持部5との間に存している。
【0017】
さらに、各振動腕3は、基部2から延出する腕部3aと、腕部3aの延出した先端に設けられたハンマーヘッド3bと、を有する構成である。腕部3aは、基部2との接点である付け根において、振動腕3が互いに対向している側に第1の付け根部31が位置し、腕部3aが対向していない側、即ち基部2の端部側に第2の付け根部32が位置している。これら第1の付け根部31と第2の付け根部32とは、基部2の幅方向に沿っており、腕部3aおよびハンマーヘッド3bを基部2に連結させて支持している。また、支持部5は、水晶振動片1をパッケージ等に固定するためのマウント部5a,5bを有し、マウント部5a,5bは、U字状をなす支持部5における各振動腕3に沿う側に一箇所ずつ設けられている。
【0018】
ここで、水晶振動片1を形成する水晶について、簡単に説明する。水晶振動片1は、六角柱の水晶柱から切り出され、水晶柱は、柱の長手方向に光軸であるZ軸と、Z軸に垂直な六角形面のX−Y平面において六角形の辺に平行な電気軸であるX軸と、X軸に垂直な機械軸であるY軸とを有している。また、六角形の辺に平行なX軸は、それぞれ120度の等角度で3本あって、これらのX軸によりX−Y平面に形成される3つの面は、エッチング方向によるエッチング進行速度の違い等がそれぞれの面で同一である、という三方晶の性質を有している。このような水晶柱において、水晶振動片1は、X−Y平面を、X軸とY軸との交点(座標原点)からみてX軸回りに角度5度傾けた平面に沿う水晶Z板から切り出されたものであり、図1に示すように、基部2の幅方向がX軸、振動腕3の長手方向がY’軸方向、水晶振動片1の厚さ方向がZ’軸方向である。
【0019】
次に、図2に基づいて、振動腕3および切り込み部7の詳細な形状等について説明する。図2に示す振動腕3は、一対の振動腕3,3の片方のみである。振動腕3は、振動腕3の幅方向であるX軸方向において、基部2と連結する腕部3aの付け根である第1の付け根部31と第2の付け根部32とから延出しており、第1の付け根部31から第2の付け根部32までの幅は、長さAである。この腕部3aは、長さAの付け根から先端へかけて徐々に腕幅が小さくなっていて、幅方向に縮幅している形状である。そして、腕部3aでは、その縮幅が2段階になっていて、第1段階が、長さAの付け根から縮幅しつつ先端方向へ延びている第1のテーパー部33であり、第2段階が、第1のテーパー部33から連続し第1のテーパー部33と異なる縮幅の第2のテーパー部34である。第1のテーパー部33は、第2のテーパー部34より縮幅の割合が大きく、つまり傾斜が第2のテーパー部34より大きく設定されている。さらに、第1のテーパー部33は、先端方向へ延在する長さも第2のテーパー部34に比べてかなり短く設定されていて、腕部3aの長さの大半が第2のテーパー部34となっている。
【0020】
また、基部2に設けられている切り込み部7は、基部2の端部から内部側へ切り込まれて形成され、基部2の内部側終端の平端面が内端部7aである。この内端部7aの位置によって、切り込み部7の基部2内への切り込み長さが設定されている。切り込み部7における内端部7aの位置は、第1の付け根部31から内端部7aまでの最短の長さBが第1の付け根部31から第2の付け根部32までの幅Aより短く、A≧Bの関係となるように設定されている。なお、他の振動腕3および切り込み部7についても、同様な設定の構成となっている。
【0021】
このような構成の水晶振動片1は、腕部3aと基部2との接点における第1の付け根部31から第2の付け根部32までの幅Aが腕部3aの最大幅であり、付け根の部分の剛性が最も高くなっている。そのため、水晶振動片1は、腕部3aの振動を安定して支えることができる構成となっている。また、水晶振動片1では、振動腕3が振動する場合、付け根の長さAと、第1の付け根部31から内端部7aまでの最短の長さBと、の内、長さの短い部位間を軸にして、振動腕3が振動する。従って、長さAと長さBとがA≧Bの関係に設定されている水晶振動片1は、長さの短い第1の付け根部31と内端部7aとの間である長さBの部位を軸として、振動腕3が振動することになる。これにより、振動腕3が振動することによる応力は、切り込み部7に集中することになり、振動漏れが基部2へ伝搬することを抑制できる。そのため、振動腕3は、振動漏れによる損失を排除して、安定した振動を維持することができ、小型化にも対応可能となる。
【0022】
これに対して、長さAと長さBとがA≦Bの関係であれば、長さの短い第1の付け根部31と第2の付け根部32との間である長さAの部位を軸として、振動腕3が幅方向(X軸方向)に振動することになる。この場合、振動腕3が小型になるほど幅方向以外の例えばZ’軸方向への振動が大きくなり、切り込みによる振動抑制効果が薄れ、CI(クリスタルインピーダンス)値が増大し、振動エネルギーの損失の大きい振動になってしまうことが知見されている。つまり、A≦Bの関係の場合、切り込み部7を設けて振動漏れを抑制しようとした効果も結果として薄れてしまい、振動腕3が長さBの部位を軸として振動する場合に比べ、振動漏れの基部2への伝搬を抑制することが難しくなってしまう。以上により、切り込み部7を有し(第1の付け根部31から第2の付け根部32までの長さA)≧(第1の付け根部31から切り込み部7の内端部7aまでの長さB)と設定した水晶振動片1は、振動特性を維持しつつより小型化が可能であり、小型化しても安定して振動することができる。
【0023】
そして、水晶振動片1の振動腕3は、腕部3aの先端にハンマーヘッド3bを有していて、このハンマーヘッド3bは、腕部3aの先端幅より広い幅を有していて、その幅は、長さCである。また、ハンマーヘッド3bと腕部3aとを連結する位置には、腕部3aからハンマーヘッド3bにかけての極端な幅変化をなくすために、ヘッドテーパー部35が設けられている。ヘッドテーパー部35は、第1のテーパー部33および第2のテーパー部34とは異なり、いわゆる逆テーパーとなっていて、その幅が腕部3aの先端からハンマーヘッド3bの方向へ行くに従い徐々に広がって、腕部3aとハンマーヘッド3bとをスムーズに連結している。このヘッドテーパー部35の部分は、ハンマーヘッド3bに属しており、ハンマーヘッド3bの幅Cは、第1の付け根部31から第2の付け根部32までの幅Aより短く、A≧Cの関係に設定されている。
【0024】
このようなハンマーヘッド3bを有する振動腕3は、腕部3aの先端部分の質量が増えることにより、小型化目的のため、基部2から延出する長さを短くしても、高い周波数で屈曲することを抑制でき、例えば振動腕3の長さに関わらず同一振動を維持すること等が可能である。即ち、腕部3aにハンマーヘッド3bを設ければ、振動腕3の振動数を調整して、所望の振動をさせることが容易に行える。しかし、ハンマーヘッド3bの幅を広げて、長さCを大きくすると、腕部3aの付け根へ振動の応力が集中して、付け根の損傷や振動腕3の振動が不安定な傾向となる。そこで、(第1の付け根部31から第2の付け根部32までの長さA)≧(ハンマーヘッド3bの幅C)と設定することにより、振動腕3の付け根の剛性を確保して、振動腕3の振動を安定させることができる。さらに、振動腕3がヘッドテーパー部35を有することにより、腕部3aとハンマーヘッド3bとの間で、極端に幅が変化せず、腕部3aとハンマーヘッド3bとがスムーズに連結されている。つまり、振動腕3は、幅の異なる腕部3aとハンマーヘッド3bとの連結位置においても、剛性が著しく劣る箇所がなく、応力が集中し難い構成となっている。そのため、振動腕3は、腕部3aとハンマーヘッド3bとが一体の腕となって屈曲し、より安定して振動することができる。
【0025】
続いて、振動腕3に設けられている溝部4について、図2と、図3に示されている振動腕における励振電極の構成を示す模式図と、を参照して説明する。図3は、図1におけるS−S’の断面を示している。溝部4は、各振動腕3のZ’軸方向である厚さを規定する表裏両面に形成され、振動腕3の幅中央位置に長手方向(Y’軸方向)に沿って延在している。溝部4の延在する長さは、振動腕3の付け根を始点にして、腕部3aとハンマーヘッド3bとの連結位置を越えた、ハンマーヘッド3bの内部位置を終点としている。また、溝部4は、腕部3aの第2のテーパー部34に沿って、腕部3aの幅の70%から98%の幅で延在し、そのまま延長してハンマーヘッド3bに至っており、一方、腕部3aの第1のテーパー部33における溝部4は、第1のテーパー部33に沿って延長せず、第1のテーパー部33と第2のテーパー部34との接点における幅と同一のまま、付け根に至る構成である。さらに、溝部4の深さは、振動腕3の厚さの40%から48%となっていて、X−Z’断面が略台形状(図3)をなしている。
【0026】
また、溝部4を有する振動腕3には、図3に示すような励振電極が設けられている。励振電極には、溝部4に設けられている溝励振電極10と、腕部3aの溝部4が形成されていない面に設けられている腕励振電極11と、の2つがあり、これら溝励振電極10および腕励振電極11は、振動腕3の付け根からヘッドテーパー部35の手前位置までの間に設けられている。そして、溝励振電極10および腕励振電極11は、基部2、接続部6および支持部5に形成されている配線によって、マウント部5aまたはマウント部5bに接続されている。なお、励振電極および配線は、図2には示されていない。
【0027】
次に、励振電極への駆動電圧印加による、振動腕3の屈曲について説明する。図3に示すように、一方の振動腕3の溝励振電極10と他方の振動腕3の腕励振電極11とが同じマウント部5aに接続されており、一方の振動腕3の腕励振電極11と他方の振動腕3の溝励振電極10とが同じマウント部5bに接続されている。この場合、マウント部5aおよびマウント部5bには、交流電源が供給され、駆動電圧としての交番電圧が印加されるようになっている。即ち、振動腕3の溝励振電極10および腕励振電極11にそれぞれ駆動電圧が印加されると、振動腕3の内部に、矢印で示す方向の電界が発生する。図3における電界は、マウント部5aがプラス(+)電位、マウント部5bがマイナス(−)電位の場合を表している。これにより、振動腕3の腕励振電極11の一方側がY’軸方向に伸び、他方側がY’軸方向に縮むため、振動腕3は、互いに離反する方向または近接する方向へ屈曲する。そして、交番電圧により、マウント部5aおよびマウント部5bに印加される電位が変わると、振動腕3は、互いに離反した状態から近接する状態、あるいは互いに近接した状態から離反する状態へ屈曲する。このように、マウント部5a,5bに交番電圧が印加されて、振動腕3は、振動を持続する。なお、電界の発生において、振動腕3は、発生する電界を強める構成となっていて、具体的には、振動腕3が溝部4を有し、この溝部4に溝励振電極10を設けて電極面積を増やしていることである。電極面積を増やすことにより、電界強度の増加が図れ、振動腕3をより確実に屈曲させることができる。
【0028】
次に、水晶振動片1の特徴である(第1の付け根部31から第2の付け根部32までの長さA)≧(第1の付け根部31から切り込み部7の内端部7aまでの長さB)の関係について、その根拠を説明する。図4は、切り込み部の設定とCI値との関係を示すグラフである。図4のグラフでは、B/Aが1または1以下の場合において、B/Aが1ではCI値が55kΩ、B/Aが0.8ではCI値が53kΩ、B/Aが0.5ではCI値が54kΩであり、CI値が低く安定していることが導き出される。即ち、振動エネルギーの損失の小さいことを示している。ここで、B/Aが1または1以下であることは、A≧Bであることに該当する。これに対し、B/Aが1以上、即ちA<Bの場合においては、B/Aが1.2ではCI値が60kΩ、B/Aが1.6ではCI値が72kΩであり、CI値が高く、振動漏れ等による振動エネルギーの損失が大きくなっていることを表している。このグラフの示す結果により、水晶振動片1が(第1の付け根部31から第2の付け根部32までの長さA)≧(第1の付け根部31から切り込み部7の内端部7aまでの長さB)の関係を満たした構成であれば、水晶振動片1は、振動損失を排除した振動を維持でき、小型化にも対応することができる。なお、B/Aが0.5以下の場合において、長さBである第1の付け根部31から切り込み部7の内端部7aまでが、第1の付け根部31から第2の付け根部32までの長さAに比べて、半分以下で短いため、衝撃に対して弱めの傾向となる。そのため、この設定の水晶振動片1を用いる場合には、衝撃の少ない使用環境で用いられるか否か等の吟味をすることが好ましい。
【0029】
なお、参考に、図4の関係を求めた水晶振動片1の大きさについて述べる。水晶振動片1の厚さ(Z’軸方向)は、100μm程度、全長(Y’軸方向)は、1500μm程度、全幅(X軸方向)は、500μm程度である。また、振動腕3の全長は、1300μm程度であり、その内訳は、腕部3aが800μm程度、ハンマーヘッド3bの全長が連結位置を含めて500μm程度である。また、基部2、接続部6および接続部6につながる支持部5を含むY’軸方向の長さは、200μm程度であり、従来水晶振動片1の全長の30%以上であった長さを、切り込み部7を設けて、13%程度に少なくすることが可能となっている。さらに、腕部3aの溝部4は、深さ(Z’軸方向)が40μmから48μm、幅(X軸方向)が第2のテーパー部34に沿って腕部3aの幅の70%から98%である。そして、第1の付け根部31から第2の付け根部32までの長さAは、100μmから180μm、第1の付け根部31から切り込み部7の内端部7aまでの長さBは、100μmから180μm、ハンマーヘッド3bの幅Cは、100μmから180μmである。水晶振動片1は、この一例のように小型化しても、切り込み部7の内端部7aの位置を管理することにより、振動漏れの基部2への伝搬を抑制して、振動特性を維持することができる。
【0030】
次に、上記で説明した水晶振動片1を備えた圧電デバイスについて説明する。図5(a)は、圧電デバイスを示す平面図である。また、図5(b)は、圧電デバイスを示す断面図であり、図5(a)のT−T’での断面である。図5に示すように、圧電デバイス20は、水晶振動片1と、水晶振動片1を収容するパッケージ40と、を備えている。パッケージ40は、パッケージベース41と、シームリング42と、蓋体43等から構成されている。
【0031】
パッケージベース41は、水晶振動片1を収容できるように凹部が形成され、その凹部に水晶振動片1のマウント部5a,5bと接続される接続パッド48が設けられている。接続パッド48は、パッケージベース41内の配線に接続され、パッケージベース41の外周部に設けられた外部接続端子45と導通が可能な構成となっている。そして、パッケージベース41の凹部の周囲には、シームリング42が設けられ、さらに、パッケージベース41の底部には、貫通穴46が設けられている。
【0032】
また、水晶振動片1は、パッケージベース41の接続パッド48に導電性接着剤44を介して接着固定されている。そして、水晶振動片1を収容したパッケージ40は、パッケージベース41の凹部と、パッケージベース41の凹部を覆う蓋体43と、がシームリング42により溶接されている。パッケージベース41の貫通穴46には、金属材料等からなる封止材47が充填されていて、この封止材47は、減圧雰囲気内で溶融後固化され、パッケージベース41内が減圧状態を保持できるように、貫通穴46を気密に封止している。
【0033】
このような構成の圧電デバイス20は、外部接続端子45を介した外部からの駆動信号により、水晶振動片1が励振され、所定の周波数で振動して発振する。圧電デバイス20は、振動漏れの基部2への伝搬を抑制し、振動特性を維持しつつ、より小型化が可能な水晶振動片1を備えていることから、小型で安定した振動特性を有することができる。
【0034】
次に、水晶振動片1および圧電デバイス20の製造工程について説明する。図6は、圧電デバイスの製造工程を示すフローチャートである。本製造工程では、ウエハー状の基材をベースにして水晶振動片1が製造されるため、ウエハー状の基材としての水晶ウエハーを用意する。水晶ウエハーは、既述した水晶Z板の表面を研磨して平坦な平板形状としたものである。
【0035】
そして、ステップS1において、外形エッチングを行う。まず、水晶ウエハーの表面に、Cr膜とAu膜とを積層した膜等の保護膜を形成し、保護膜の表面にレジスト膜を塗布してから、フォトリソグラフィーにより、レジスト膜を水晶振動片1の外形形状にパターニングする。次いで、パターニングしたレジスト膜をマスクとして保護膜をエッチングして除去する。レジスト膜剥離後、再度レジスト膜を塗布し、外形形状と溝形状をパターニングする。この状態で、水晶ウエハーの露出した部分をフッ酸でエッチングして、水晶振動片1の外形を形成する。これにより、水晶ウエハーに対し、それぞれ細い連結部で接続された水晶振動片1となる多数の外形完成状態のものが得られる。
【0036】
ステップS2において、溝部エッチングを行う。まず、溝部に形成されている保護膜をエッチングする。こうしてエッチングし露出した水晶面は、振動腕3に形成する溝部4の平面形状に対応している。次いで、水晶ウエハーの露出した部分をフッ酸で所定時間だけハーフエッチングし、振動腕3に溝部4を形成する。ハーフエッチングは、この場合、溝部4の深さを振動腕3の厚さの40%〜48%にする加工を指す。溝部4のエッチング後、レジスト膜および保護膜を剥離してステップS3へ進む。
【0037】
ステップS3において、電極形成を行う。まず、水晶ウエハーの表面全体に、この場合Cr膜とAu膜とからなる電極膜を形成し、電極膜に溝励振電極10および腕励振電極11のパターンに対応したレジスト膜を形成する。そして、電極膜をエッチングして溝励振電極10および腕励振電極11を形成する。電極のエッチング後、レジスト膜を剥離してステップS4へ進む。
【0038】
ステップS4において、振動腕の先端に錘付けをする。これは、スパッタリングや蒸着等により、ハンマーヘッド3bへAu等の金属皮膜を錘付け膜として形成する。なお、この錘付け膜は、これまでの説明の中では省略している。錘付け膜を形成してステップS5へ進む。
【0039】
ステップS5において、周波数の粗調整を行う。粗調整は、錘付け膜の一部をレーザー光等を照射して、部分的に蒸散させ、ハンマーヘッド3bの質量を調整する。これにより、それぞれの振動腕3が振動する周波数を、ほぼ均一に粗調整することができる。粗調整後、ステップS6へ進む。
【0040】
ステップS6において、水晶振動片の個片化を行う。即ち、水晶ウエハーにおける細い連結部を折り取り、連結状態であった水晶振動片1を個片にする。ここまでが、水晶振動片1の製造工程である。個片化の後、圧電デバイス20を製造するために、ステップS7へ進む。
【0041】
ステップS7において、パッケージに装着を行い、水晶振動片1を固定する。つまり、図5(a)に示すような、水晶振動片1のパッケージ40への装着である。水晶振動片1の装着後、ステップS8へ進む。
【0042】
ステップS8において、周波数の微調整を行う。この微調整は、水晶振動片1に駆動電圧を印加して、その周波数を見ながら、イオンビーム、レーザー光等を振動腕3またはハンマーヘッド3bの錘付け膜へ照射し、錘付け膜等の質量を調整する。これにより、水晶振動片1の振動腕3は、所定の周波数で正確に振動するように調整される。微調整の後、ステップS9へ進む。
【0043】
ステップS9において、パッケージを封止する。図5(b)に示すように、パッケージベース41へ蓋体43を溶接し、貫通穴46を封止材47で充填して、水晶振動片1をパッケージ40内へ封止する。以上で、水晶振動片1を備えた圧電デバイス20が完成する。
【0044】
また、水晶振動片1および圧電デバイス20は、上記の実施形態に限定されるものではなく、次に挙げる変形例のような形態であっても、実施形態と同様な効果が得られる。
【0045】
(変形例1)水晶振動片1において、切り込み部7の内端部7aは、平端面であることに限定されず、円弧状面や半球面等であっても良い。これらの形状であれば、切り込み部7への応力が、角部等へ極端に集中することを避けることができる。
【0046】
(変形例2)切り込み部7は、基部2を切り込んで、基部2と支持部5との間に位置しているが、支持部5から離反して基部2にのみ囲まれた位置に形成する設定であっても良い。
【0047】
(変形例3)水晶振動片1は、水晶を用いたものに限定されることなく、水晶以外のニオブ酸リチウム(LiNbO3)、チタン酸ジルコン鉛(PZT)等の圧電体、またはシリコンなどの半導体であっても良い。
【0048】
(変形例4)圧電デバイス20は、パッケージ40内に、水晶振動片1に加え、発振回路等を備えたものであっても良い。
【0049】
(変形例5)支持部5のマウント部5aおよびマウント部5bは、それぞれの側に一つ設けられているが、複数設けることにより、より安定して水晶振動片1をパッケージ40等へ支持する構成であっても良い。
【0050】
《電子機器》
上記で説明した各実施形態の水晶振動片は、小型化しても振動腕の振動による応力を切り込み部に集中させ、振動漏れの基部への伝搬を抑制することにより、安定した振動を維持することができる。この水晶振動片は各種の電子機器に適用することができ、得られる電子機器は、信頼性の高いものとなる。なお、本電子機器には、上記実施形態で説明した振動子および発振器を用いてもよい。
【0051】
図7、および図8は、本発明の電子機器の一例としての携帯電話機を示す。図7は、携帯電話機の外観の概略を示す斜視図であり、図8は、携帯電話機の回路部を説明する回路ブロック図である。
この携帯電話機300は、上述の水晶振動片1を使用することができる。なお、水晶振動片1の構成、作用については、同一符号を用いるなどして、その説明を省略する。
図8に示すように携帯電話機300は、表示部であるLCD(Liquid Crystal Display)301、数字等の入力部であるキー302、マイクロフォン303、スピーカー311、図示しない回路部などが設けられている。
図10に示すように、携帯電話機300で送信する場合は、使用者が、自己の声をマイクロフォン303に入力すると、信号はパルス幅変調・符号化ブロック304と変調器/復調器ブロック305を経てトランスミッター306、アンテナスイッチ307を開始アンテナ308から送信されることになる。
【0052】
一方、他人の電話機から送信された信号は、アンテナ308で受信され、アンテナスイッチ307、受信フィルター309を経て、レシーバー310から変調器/復調器ブロック305に入力される。そして、変調又は復調された信号がパルス幅変調・符号化ブロック305を経てスピーカー311に声として出力されるようになっている。
このうち、アンテナスイッチ307や変調器/復調器ブロック305等を制御するためのコントローラ312が設けられている。
このコントローラ312は、上述の他に表示部であるLCD301や数字等の入力部であるキー302、更にはRAM313やROM314等も制御するため、高精度であることが求められる。また、携帯電話機300の小型化の要請もある。
このような要請に合致するものとして上述の水晶振動片1が用いられている。
なお、携帯電話機300は、他の構成ブロックとして、温度補償型水晶発振器レシーバー用シンセサイザー316、トランスミッター用シンセサイザー317などを有しているが説明を省略する。
【0053】
この携帯電話機300に用いられている上記水晶振動片1は、第1の付け根部31から第2の付け根部32までの長さAと、第1の付け根部31から切り込み部7の内端部7aまでの長さBとの関係をA≧Bに設定されており、振動特性を維持しつつ、より小型化が可能である。従って、この振動片を用いた電子機器は、電子機器としての機能を継続して維持することが可能となる。
【0054】
本発明の水晶振動片1を備える電子機器としては、図9に示すパーソナルコンピューター(モバイル型パーソナルコンピューター)400も挙げられる。パーソナルコンピューター400は、表示部401、入力キー部402などを備えており、その電気的制御の基準クロックとして上述の水晶振動片1が用いられている。
また、本発明の水晶振動片1を備える電子機器としては、前述に加え、例えばディジタルスチールカメラ、インクジェット式吐出装置(例えばインクジェットプリンター)、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS端末、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシミュレーター等が挙げられる。
【0055】
以上、本発明の電子機器を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。
例えば、前述した実施形態では、水晶振動片が振動部としての2の振動腕を有する場合を例に説明したが、振動腕の数は、3つ以上であってもよい。
【0056】
また、上記実施形態で説明した水晶振動片は、電圧制御水晶発振器(VCXO)、温度補償水晶発振器(TCXO)、恒温槽付水晶発振器(OCXO)等の圧電発振器の他、ジャイロセンサー等に適用することができる。
【符号の説明】
【0057】
1…振動片としての水晶振動片、2…基部、3…振動腕、3a…腕部、3b…ハンマーヘッド、4…溝部、5…支持部、6…接続部、7…切り込み部、7a…内端部、10…溝励振電極、11…腕励振電極、20…圧電デバイス、31…第1の付け根部、32…第2の付け根部、33…第1のテーパー部、34…第2のテーパー部、35…ヘッドテーパー部、300…電子機器としての携帯電話機、400…電子機器としてのパーソナルコンピューター。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
振動片と、
前記振動片を駆動する回路部と、を有し、
前記振動片は、
基部と、
前記基部を付け根にして延出し、
前記基部の幅方向に沿って配列された一対の腕部と、
前記腕部に設けられた溝部と、
前記基部を支持するための支持部と、
前記基部と前記支持部とを接続するための接続部と、
前記基部を前記腕部のそれぞれの側から幅方向に縮幅して形成された切り込み部と、
を有し、
前記付け根は、前記腕部が互いに対向している側に位置する第1の付け根部および前記腕部が対向していない側に位置する第2の付け根部を有し、
前記第1の付け根部から前記第2の付け根部までの長さAと、前記第1の付け根部から前記切り込み部の内端部までの長さBとの関係が、A≧Bであることを特徴とする電子機器。
【請求項2】
請求項1に記載の電子機器において、
前記腕部の腕幅は、前記基部の側から先端の側へ向かって徐々に縮幅していることを特徴とする電子機器。
【請求項3】
請求項1または2に記載の電子機器において、
前記腕部の先端にハンマーヘッドをさらに有し、
前記ハンマーヘッドは、前記腕部の先端の幅より広い幅を有し、
前記ハンマーヘッドの幅Cと前記腕部の付け根の長さAと、の関係が、A≧Cであることを特徴とする電子機器。
【請求項4】
請求項3に記載の電子機器において、
前記腕部と前記ハンマーヘッドとの連結位置には、ヘッドテーパー部が形成されていることを特徴とする電子機器。

【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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【公開番号】特開2012−124693(P2012−124693A)
【公開日】平成24年6月28日(2012.6.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−273256(P2010−273256)
【出願日】平成22年12月8日(2010.12.8)
【出願人】(000002369)セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Fターム(参考)】