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技術 振動素子、振動子、発振器、電子機器および移動体

出願人 セイコーエプソン株式会社
発明者 山田明法
出願日 2017年11月15日 (3年3ヶ月経過) 出願番号 2017-220368
公開日 2018年2月15日 (3年0ヶ月経過) 公開番号 2018-026882
状態 特許登録済
技術分野 圧電・機械振動子,遅延・フィルタ回路 電気機械共振器を用いた発振回路
主要キーワード 断面重心 接枠体 エネルギー弾性 熱移動経路 質量密度ρ 横断面形 先端周辺 結合振動
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年2月15日)のものです。
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図面 (19)

課題

優れた振動特性低消費電力で発揮することのできる振動素子、並びに、この振動素子を備える振動子発振器、電子機器および移動体を提供すること。

解決手段

振動素子2は、基部4と、基部4から延出する一対の振動腕5、6と、振動腕5、6の間において、これらと同じ側に基部4から延出する支持腕71とを有する水晶基板3を備えている。また、振動腕5は、腕部51と、腕部51の先端に設けられたハンマーヘッド59とを有している。腕部51は、一対の主面と、これらの主面に開放する有底の溝とを有している。本発明では、主面の振動腕の長手方向に直交する幅方向に沿って、溝を挟んで並んでいる土手部の幅を6μm以下とした。

概要

背景

従来から、水晶を用いた振動素子が知られている(例えば、特許文献1参照)。このような振動素子は、周波数温度特性が優れていることより、種々の電子機器基準周波数源発信源などとして広く用いられている。
特許文献1に記載の振動素子は、音叉型をなしており、基部と、基部から延出する一対の振動腕とを有している。また、各振動腕には、その上面および下面に開放する一対の溝が形成されている。そのため、各振動腕は、略H型の横断面形状をなしている。振動腕をこのような形状とすることにより、熱弾性損失を低減することができ、優れた振動特性を発揮することができる。しかしながら、従来では、溝周辺の振動腕の形状(大きさを含む)については十分に研究がされていなかった。

概要

優れた振動特性を低消費電力で発揮することのできる振動素子、並びに、この振動素子を備える振動子発振器、電子機器および移動体を提供すること。振動素子2は、基部4と、基部4から延出する一対の振動腕5、6と、振動腕5、6の間において、これらと同じ側に基部4から延出する支持腕71とを有する水晶基板3を備えている。また、振動腕5は、腕部51と、腕部51の先端に設けられたハンマーヘッド59とを有している。腕部51は、一対の主面と、これらの主面に開放する有底の溝とを有している。本発明では、主面の振動腕の長手方向に直交する幅方向に沿って、溝を挟んで並んでいる土手部の幅を6μm以下とした。

目的

本発明の目的は、優れた振動特性を低消費電力で発揮することのできる振動素子、並びに、この振動素子を備える振動子、発振器、電子機器および移動体を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

第1の端部、及び平面視で前記第1の端部と反対側の第2の端部を含む基部と、前記基部と一体的に設けられ、前記基部の前記第1の端部側において、前記基部から第1の方向に沿って延出し、前記第1の方向と直交する第2の方向に沿って並んでいる一対の振動腕と、を含み、各前記振動腕は、腕部と、前記腕部の前記基部側とは反対側に位置し、前記腕部よりも前記第2の方向に沿った長さが大きい広幅部と、を含み、各前記振動腕は、表裏の関係にある一対の主面と、各前記主面に設けられている有底の溝と、を含み、各前記腕部の前記主面において、前記第2の方向に沿って前記溝を挟んで並んでいる各部位の幅が6μm以下であることを特徴とする振動素子

請求項2

前記幅が1μm以上3μm以下である請求項1に記載の振動素子。

請求項3

前記溝の最大深さをt[μm]、前記振動腕の厚さをT[μm]としたとき、2t/Tで表されるηが0.6以上である請求項1または2に記載の振動素子。

請求項4

前記振動腕の厚さが50μm以上である請求項1ないし3のいずれか1項に記載の振動素子。

請求項5

前記基部を支持している支持部を含む請求項1ないし4のいずれか1項に記載の振動素子。

請求項6

前記支持部は、前記一対の振動腕の間において、前記基部から前記第1の方向に沿って延出している支持腕を含む請求項5に記載の振動素子。

請求項7

前記支持部は、前記基部の前記第2の端部側において、前記基部から延出している支持腕を含む請求項5または6に記載の振動素子。

請求項8

前記支持部は、少なくとも前記基部、前記振動腕および前記支持腕を取り囲み、前記支持腕と連結している枠体を含む請求項6または7に記載の振動素子。

請求項9

前記支持部は、少なくとも前記基部および前記振動腕を取り囲んでいる枠体を含む請求項5ないし8のいずれか1項に記載の振動素子。

請求項10

前記基部は、前記第1の端部側および前記第2の端部側の少なくとも一方に、前記第2の方向に沿った長さが、前記一対の振動腕の間の中心線に沿って、前記基部の中央から離れるに従って連続的または段階的に小さくなっている縮幅部を含む請求項1ないし9のいずれか1項に記載の振動素子。

請求項11

請求項1ないし10のいずれか1項に記載の振動素子と、前記振動素子が搭載されているパッケージと、を含むことを特徴とする振動子

請求項12

請求項1ないし10のいずれか1項に記載の振動素子と、発振回路と、を含むことを特徴とする発振器。

請求項13

請求項1ないし10のいずれか1項に記載の振動素子を含むことを特徴とする電子機器

請求項14

請求項1ないし10のいずれか1項に記載の振動素子を含むことを特徴とする移動体

技術分野

0001

本発明は、振動素子振動子発振器、電子機器および移動体に関するものである。

背景技術

0002

従来から、水晶を用いた振動素子が知られている(例えば、特許文献1参照)。このような振動素子は、周波数温度特性が優れていることより、種々の電子機器の基準周波数源発信源などとして広く用いられている。
特許文献1に記載の振動素子は、音叉型をなしており、基部と、基部から延出する一対の振動腕とを有している。また、各振動腕には、その上面および下面に開放する一対の溝が形成されている。そのため、各振動腕は、略H型の横断面形状をなしている。振動腕をこのような形状とすることにより、熱弾性損失を低減することができ、優れた振動特性を発揮することができる。しかしながら、従来では、溝周辺の振動腕の形状(大きさを含む)については十分に研究がされていなかった。

先行技術

0003

実開平2−32229号公報

発明が解決しようとする課題

0004

本発明の目的は、優れた振動特性を低消費電力で発揮することのできる振動素子、並びに、この振動素子を備える振動子、発振器、電子機器および移動体を提供することにある。

課題を解決するための手段

0005

本発明は、上述の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、以下の適用例として実現することが可能である。
[適用例1]
本発明の振動素子は、第1の端部、及び平面視で前記第1の端部と反対側の第2の端部を含む基部と、
前記基部と一体的に設けられ、前記基部の前記第1の端部側において、前記基部から第1の方向に沿って延出し、前記第1の方向と直交する第2の方向に沿って並んでいる一対の振動腕と、
を含み、
各前記振動腕は、
腕部と、
前記腕部の前記基部側とは反対側に位置し、前記腕部よりも前記第2の方向に沿った長さが大きい広幅部と、
を含み、
各前記振動腕は、
表裏の関係にある一対の主面と、
各前記主面に設けられている有底の溝と、
を含み、
各前記腕部の前記主面において、前記第2の方向に沿って前記溝を挟んで並んでいる各部位の幅が6μm以下であることを特徴とする。
これにより、振動素子のQ値を比較的高く維持しつつ、等価直列抵抗R1(CI値)を十分に低くすることができる。結果として、優れた振動特性を低消費電力で発揮することのできる振動素子を得ることができる。

0006

[適用例2]
本発明の振動素子では、前記幅が1μm以上3μm以下であることが好ましい。
これにより、振動素子のR1(CI値)をより小さくすることができ、より低消費電力で振動素子を駆動することができる。
[適用例3]
本発明の振動素子では、前記溝の最大深さをt[μm]、
前記振動腕の厚さをT[μm]としたとき、
2t/Tで表されるηが0.6以上であることが好ましい。
これにより、駆動用電極形成面積を大きくすることができるため、振動素子のR1(CI値)をより小さくすることができ、より低消費電力で振動素子を得ることができる。
[適用例4]
本発明の振動素子では、前記振動腕の厚さが50μm以上であることが好ましい。
これにより、振動素子のR1をより小さくすることができる。

0007

[適用例5]
本発明の振動素子では、前記基部を支持している支持部を含むことが好ましい。
これにより、振動素子の振動漏れをより効果的に低減することができる。
[適用例6]
本発明の振動素子では、前記支持部は、前記一対の振動腕の間において、前記基部から前記第1の方向に沿って延出している支持腕を含むことが好ましい。
これにより、振動素子の振動漏れをより効果的に低減することができる。

0008

[適用例7]
本発明の振動素子では、前記支持部は、前記基部の前記第2の端部側において、前記基部から延出している支持腕を含むことが好ましい。
これにより、振動素子の振動漏れをより効果的に低減することができる。また、振動腕同士の間に支持腕を設ける必要がないので、振動素子の第2の方向に沿った長さ(幅)を小さくすることができる。

0009

[適用例8]
本発明の振動素子では、前記支持部は、少なくとも前記基部、前記振動腕および前記支持腕を取り囲み、前記支持腕と連結している枠体を含むことが好ましい。
これにより、振動素子を枠体を介して、例えば、パッケージベースに精度良く固定することができる。そのため、振動素子のサイズを大きくすることができ、結果として、そのR1をより小さくすることができる。

0010

[適用例9]
本発明の振動素子では、前記支持部は、少なくとも前記基部および前記振動腕を取り囲んでいる枠体を含むことが好ましい。
これにより、振動素子を枠体を介して、例えば、パッケージのベースに精度良く固定することができる。そのため、振動素子のサイズを大きくすることができ、結果として、そのR1をより小さくすることができる。

0011

[適用例10]
本発明の振動素子では、前記基部は、前記第1の端部側および前記第2の端部側の少なくとも一方に、前記第2の方向に沿った長さが、前記一対の振動腕の間の中心線に沿って、前記基部の中央から離れるに従って連続的または段階的に小さくなっている縮幅部を含むことが好ましい。
基部が縮幅部を有することにより、振動素子の振動漏れを効果的に抑制することができる。

0012

[適用例11]
本発明の振動子は、本発明の振動素子と、
前記振動素子が搭載されているパッケージと、
を含むことを特徴とする。
これにより、信頼性の高い振動子が得られる。

0013

[適用例12]
本発明の発振器は、本発明の振動素子と、
発振回路と、
を含むことを特徴とする。
これにより、信頼性の高い発振器が得られる。

0014

[適用例13]
本発明の電子機器は、本発明の振動素子を含むことを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
[適用例14]
本発明の移動体は、本発明の振動素子を含むことを特徴とする。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。

図面の簡単な説明

0015

本発明の第1実施形態にかかる振動子の平面図である。
図1中のA−A線断面図である。
振動漏れ低減の原理を説明する平面図である。
図1中のB−B線断面図である。
屈曲振動時熱伝導について説明する振動腕の断面図である。
Q値とf/fmの関係を示すグラフである。
ウェットエッチングにより形成された振動腕を示す断面図である。
W3とQ値との関係を示すグラフである。
W3と1/R1との関係を示すグラフである。
本発明の第2実施形態にかかる振動子が有する振動素子の平面図である。
本発明の第3実施形態にかかる振動子の平面図である。
図11中のC−C線断面図である。
本発明の第4実施形態にかかる振動子が有する振動素子の平面図である。
本発明の発振器の好適な実施形態を示す断面図である。
本発明の振動素子を備える電子機器を適用したモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。
本発明の振動素子を備える電子機器を適用した携帯電話機(PHSも含む)の構成を示す斜視図である。
本発明の振動素子を備える電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。
本発明の移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図である。

実施例

0016

以下、本発明の振動素子、振動子、発振器、電子機器および移動体を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
まず、本発明の振動素子を適用した振動子(本発明の振動子)について説明する。

<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態にかかる振動子の平面図、図2は、図1中のA−A線断面図、図3は、振動漏れ低減の原理を説明する平面図、図4は、図1中のB−B線断面図、図5は、屈曲振動時の熱伝導について説明する振動腕の断面図、図6は、Q値とf/fmの関係を示すグラフ、図7は、ウェットエッチングにより形成された振動腕を示す断面図、図8は、W3とQ値との関係を示すグラフ、図9は、W3と1/R1との関係を示すグラフである。なお、以下では、説明の便宜上、図1に示すように、互いに直交する3軸をX軸(水晶の電気軸)、Y軸(水晶の機械軸)およびZ軸(水晶の光学軸)とする。

0017

1.振動子
図1および図2に示す振動子1は、振動素子2(本発明の振動素子)と、振動素子2を収納するパッケージ9とを有している。以下、振動素子2およびパッケージ9について、順次詳細に説明する。
(振動素子2)
図1図2および図4に示すように、振動素子2は、水晶基板3と、水晶基板3上に形成された第1、第2駆動用電極84、85とを有している。なお、図1および図2では、説明の便宜上、第1、第2駆動用電極84、85の図示を省略している。
水晶基板3は、Zカット水晶板で構成されている。これにより、振動素子2は、優れた振動特性を発揮することができる。Zカット水晶板とは、Z軸を厚さ方向とする水晶基板である。なお、Z軸は、水晶基板3の厚さ方向と一致しているのが好ましいが、常温近傍における周波数温度変化を小さくする観点から、厚さ方向に対して若干傾けてもよい。

0018

すなわち、傾ける角度をθ度(−5度≦θ≦15度)とした場合、前記水晶の電気軸としてのX軸、機械軸としてのY軸、光学軸としてのZ軸からなる直交座標系の前記X軸を回転軸として、前記Z軸を前記Y軸の−Y方向へ+Z側が回転するようにθ度傾けた軸をZ’軸、前記Y軸を前記Z軸の+Z方向へ+Y側が回転するようにθ度傾けた軸をY’軸としとき、Z’軸に沿った方向を厚さとし、X軸とY’軸を含む面を主面とする水晶基板3となる。

0019

図1に示すように、水晶基板3は、基部4と、基部4の先端(第1の端部)側において、基部4から延出する一対の振動腕5、6と、振動腕5、6の間において、これらと同じ側に基部4から延出する支持腕(支持部)71とを有している。したがって、基部4と、振動腕5、6と、支持腕71とは、一体的に形成されている。
基部4は、XY平面に広がりを有し、Z軸方向に厚さを有する板状をなしている。基部4は、振動腕5、6を支持・連結する部分(本体部41)と、振動漏れを低減する縮幅部42とを有している。

0020

縮幅部42は、本体部41の基端(第2の端部)側、すなわち、振動腕5、6が延出している側とは反対側に設けられている。また、縮幅部42は、その幅(X軸方向に沿った長さ)が、振動腕5、6の間の中心線C1に沿って、振動腕5、6から、すなわち、基部4の中央(本体部41)から離れるに従い漸減し、その輪郭(縁部)がアーチ状(円弧状)をなしている。このような縮幅部42を有することにより、振動素子2の振動漏れを効果的に抑制することができる。

0021

具体的に説明すると次のようになる。なお、説明を簡単にするために、振動素子2の形状は、Y軸に平行な所定の軸(中心線C1)に対して対称であるとする。
まず、図3(a)に示すように、縮幅部42が設けられていない場合について説明する。振動腕5、6が互いに離間するように屈曲変形した場合、振動腕5が接続されている付近の本体部41では、矢印で示したように時計回り回転運動に近い変位が発生し、振動腕6が接続されている付近の本体部41では、矢印で示したように反時計回りの回転運動に近い変位が発生する(ただし、厳密には回転運動ということができるような運動ではないため、便宜的に「回転運動に近い」とする)。

0022

これらの変位のX軸方向成分は、互いに反対方向を向いているから、本体部41のX軸方向中央部において相殺され、+Y軸方向の変位が残ることになる(ただし、厳密にはZ軸方向の変位も残るが、ここでは省略する)。すなわち、本体部41は、X軸方向中央部が+Y軸方向に変位するような屈曲変形をする。この+Y軸方向の変位を有する本体部41からは支持腕71が延びており、支持腕71は+Y軸方向の変位を有する運動を行うことになるため、支持腕71に接着剤を形成し、接着剤を介してパッケージに固定すると、+Y軸方向変位随伴する弾性エネルギーが接着剤を介して外部に漏洩する。これが振動漏れという損失であり、Q値の劣化の原因となり、結果としてCI値の劣化となる。

0023

これに対して、図3(b)に示すように、縮幅部42が設けられている場合では、縮幅部42がアーチ状(曲線状)の輪郭を有しているため、上述した回転運動に近い変位は、縮幅部42において互いにつっかえることになる。すなわち、縮幅部42のX軸方向中央部においては、本体部41のX軸方向中央部と同様にX軸方向の変位が相殺され、それと共に、Y軸方向の変位が抑制されることになる。さらに、縮幅部42の輪郭がアーチ状であるから、本体部41で発生しようとする+Y軸方向の変位をも抑制することになる。この結果、縮幅部42が設けられた場合の基部4のX軸方向中央部の+Y軸方向の変位は、縮幅部42が設けられていない場合に比べて遥かに小さくなる。即ち、振動漏れの小さい振動素子を得ることができる。

0024

なお、ここでは縮幅部42の輪郭がアーチ状をしているが、上述のような作用を呈するものであればこれに限るものではない。例えば、平面視で幅が中心線C1に沿って段階的に小さくなり、輪郭が複数の直線によって段差状(階段状)に形成されている縮幅部、平面視で幅が中心線C1に沿って直線的(連続的)に小さくなり、輪郭が2本の直線によって山状(三角形状)に形成されている縮幅部、平面視で幅が中心線C1に沿って直線的(連続的)に小さくなり、輪郭が3本以上の直線によって形成されている縮幅部等であってもよい。

0025

振動腕5、6は、X軸方向(第2の方向)に並び、かつ、互いに平行となるように基部4の先端からY軸方向(第1の方向)に沿って延出している。これらの振動腕5、6は、それぞれ、長手形状をなし、その基端が固定端となり、先端が自由端となる。また、振動腕5、6は、それぞれ、腕部51、61と、腕部51、61の先端(基部4と反対側)に設けられ、XY平面視にて略矩形状のハンマーヘッド(腕部51、61よりもX軸方向に沿った長さが大きい広幅部)59、69とを有している。

0026

図4に示すように、腕部51は、XY平面で構成された一対の主面511、512と、YZ平面で構成され、一対の主面511、512を接続する一対の側面513、514とを有している。また、腕部51には、主面511に開放する有底の溝52と、主面512に開放する有底の溝53とを有している。各溝52、53は、Y軸方向に延在し、先端が腕部51とハンマーヘッド59との境界部に位置し、基端が基部4に位置している。このような腕部51は、溝52、53が形成されている部分では、略H型の横断面形状をなしている。

0027

このように、振動腕5に溝52、53を形成することによって、熱弾性損失の低減を図ることができ、優れた振動特性を発揮することができる(後に詳述する)。溝52、53の長さは限定されるものではなく、本実施形態のように、各溝52、53の先端が腕部51とハンマーヘッド59との境界部に位置してもよいが、各溝52、53の先端がハンマーヘッド59まで延びるように構成すると、各溝52、53の先端周辺で発生する応力集中が緩和されるから、衝撃が加わった際に発生する折れや欠けの虞が減少する。あるいは、各溝52、53の先端が本実施形態よりも基部側に位置するように構成すると、腕部51とハンマーヘッド59の境界付近で発生する応力集中が緩和されるから、衝撃が加わった際に発生する折れや欠けの虞が減少する。

0028

また、各溝52、53の基端が基部4まで延びていることによって、これらの境界部での応力集中が緩和される。そのため、衝撃が加わった際に発生する折れや欠けの虞が減少する。あるいは、各溝52、53の基端が基部4と腕部51の境界よりもY軸方向(振動腕5の延びる方向)に位置するように構成すると、基部4と腕部51の境界付近で発生する応力集中が緩和されるため、衝撃が加わった際に発生する折れや欠けの虞が減少する。

0029

なお、溝52、53は振動腕5の断面重心が振動腕5の断面形状の中心と一致するように、振動腕5の位置に対して溝52、53の位置をX軸方向に調整して形成されているのが好ましい。こうすることによって、振動腕5の不要な振動(具体的には、面外方向成分を有する斜め振動)を低減するので、振動漏れを低減することができる。また,この場合、余計な振動が発生してしまうことを低減することになるので、相対的に駆動領域が増大してCI値を小さくすることができる。
また、ハンマーヘッド59のX軸方向中心を振動腕5のX軸方向中心から多少ずらしておくとよい。こうすることによって、屈曲振動時に振動腕5が捩れることによって生じてしまう基部4のZ軸方向の振動を低減することができるので、振動漏れを抑制することができる。

0030

以上、振動腕5について説明した。振動腕6は、振動腕5と同様の構成である。すなわち、腕部61は、XY平面で構成された一対の主面611、612と、YZ平面で構成され、一対の主面611、612を接続する一対の側面613、614とを有している。また、腕部61は、主面611に開放する有底の溝62と、主面612に開放する有底の溝63とを有している。各溝62、63は、Y軸方向に延在し、先端が腕部61とハンマーヘッド69との境界部に位置し、基端が基部4に位置している。このような腕部61は、溝62、63が形成されている部分では、略H型の横断面形状をなしている。
また、ハンマーヘッド69のX軸方向中心を振動腕6のX軸方向中心から多少ずらしておくとよい。こうすることによって、屈曲振動時に振動腕6が捩れることによって生じてしまう基部4のZ軸方向の振動を低減することができるので、振動漏れを抑制することができる。

0031

図4に示すように、振動腕5には、一対の第1駆動用電極84と一対の第2駆動用電極85とが形成されている。具体的には、第1駆動用電極84の一方は、溝52の内面(側面)に形成されており、他方は、溝53の内面(側面)に形成されている。また、第2駆動用電極85の一方は、側面513に形成されており、他方は、側面514に形成されている。同様に、振動腕6にも、一対の第1駆動用電極84と一対の第2駆動用電極85とが形成されている。具体的には、第1駆動用電極84の一方は、側面613に形成されており、他方は、側面614に形成されている。また、第2駆動用電極85の一方は、溝62の内面(側面)に形成されており、他方は、溝63の内面(側面)に形成されている。
これらの第1、第2駆動用電極84、85の間に交番電圧印加すると、振動腕5、6が互いに接近、離間を繰り返すように面内方向(XY平面方向)に所定の周波数で振動する。

0032

第1、第2駆動用電極84、85の構成としては、特に限定されず、金(Au)、金合金白金(Pt)、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金、銀(Ag)、銀合金クロム(Cr)、クロム合金ニッケル(Ni)、ニッケル合金、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb)、タングステン(W)、鉄(Fe)、チタン(Ti)、コバルト(Co)、亜鉛(Zn)、ジルコニウム(Zr)等の金属材料酸化インジウムスズ(ITO)等の導電材料により形成することができる。

0033

第1、第2駆動用電極84、85の具体的な構成としては、例えば、700Å以下のCr層上に700Å以下のAu層を形成した構成とすることができる。特に、CrやAuは熱弾性損失が大きいので、Cr層、Au層は、好ましくは200Å以下とされる。また、絶縁破壊耐性を高くする場合には、Cr層、Au層は、好ましくは1000Å以上とされる。さらに、Niは、水晶の熱膨張係数に近いので、Cr層に替えNi層下地にすることで、電極に起因する熱応力を減少させ、長期信頼性エージング特性)の良い振動素子2を得ることができる。

0034

上述したように、振動素子2では、振動腕5、6に溝52、53、62、63を形成することによって、熱弾性損失の低減を図っている。以下、このことについて、振動腕5を例にして具体的に説明する。
振動腕5は、前述したように、第1、第2駆動用電極84、85間に交番電圧を印加することにより面内方向に屈曲振動する。図5に示すように、この屈曲振動の際、腕部51の側面513が収縮すると側面514が伸張し、反対に、側面513が伸張すると側面514が収縮する。振動腕5がGough−Joule効果を発生しない(エネルギー弾性エントロピー弾性に対して支配的な)場合、側面513、514のうち、収縮する面側の温度は上昇し、伸張する面側の温度は下降するため、側面513と側面514との間、つまり腕部51の内部に温度差が発生する。このような温度差から生じる熱伝導によって振動エネルギーの損失が発生し、これにより振動素子2のQ値が低下する。このようなQ値の低下に伴うエネルギーの損失を熱弾性損失と言う。

0035

振動素子2のような構成の屈曲振動モードで振動する振動素子において、振動腕5の屈曲振動周波数(機械的屈曲振動周波数)fが変化したとき、振動腕5の屈曲振動周波数が熱緩和周波数fmと一致するときにQ値が最小となる。この熱緩和周波数fmは、fm=1/(2πτ)で求めることができる(ただし、式中πは円周率であり、eをネイピア数とすれば、τは温度差が熱伝導によりe−1倍になるのに要する緩和時間である)。

0036

また、振動腕5が平板構造(断面形状が矩形の構造)であると見做したときの熱緩和周波数をfm0とすれば、fm0は下式で求めることができる。
fm0=πk/(2ρCpa2)‥‥(1)
なお、πは円周率、kは振動腕5の振動方向の熱伝導率、ρは振動腕5の質量密度、Cpは振動腕5の熱容量、aは振動腕5の振動方向の幅(実効幅)である。式(1)の熱伝導率k、質量密度ρ、熱容量Cpに振動腕5の材料そのもの(すなわち水晶)の定数を入力した場合、求まる熱緩和周波数fm0は、振動腕5に溝52、53を設けていない場合の値となる。

0037

振動腕5では、側面513、514の間に位置するように溝52、53が形成されている。そのため、振動腕5の屈曲振動時に生じる側面513、514の温度差を熱伝導により温度平衡させるための熱移動経路が溝52、53を迂回するように形成され、熱移動経路が側面513、514間の直線距離最短距離)よりも長くなる。そのため、振動腕5に溝52、53を設けていない場合と比較して緩和時間τが長くなり、熱緩和周波数fmが低くなる。

0038

図6は、屈曲振動モードの振動素子のQ値のf/fm依存性を表すグラフである。同図において、点線で示されている曲線F1は、振動素子2のように振動腕に溝が形成されている場合(振動腕の横断面形状がH型の場合)を示し、実線で示されている曲線F2は、振動腕に溝が形成されていない場合(連結腕の横断面形状が矩形の場合)を示している。同図に示すように、曲線F1、F2の形状は変わらないが、前述のような熱緩和周波数fmの低下に伴って、曲線F1が曲線F2に対して周波数低下方向へシフトする。したがって、振動素子2のように振動腕に溝が形成されている場合の熱緩和周波数をfm1とすれば、下記式(2)を満たすことにより、常に、振動腕に溝が形成されている振動素子のQ値が振動腕に溝が形成されていない振動素子のQ値に対して高くなる。

0039

0040

更に、f/fm0>1の関係に限定すれば、より高いQ値を得ることができる。
なお、図6において、f/fm<1の領域を等温的領域とも言い、この等温的領域ではf/fmが小さくなるにつれてQ値が高くなる。これは、振動腕の機械的周波数が低くなる(振動腕の振動が遅くなる)につれて前述のような振動腕内の温度差が生じ難くなるためである。したがって、f/fmを0()に限りなく近づけた際の極限では、等温準静操作となって、熱弾性損失は限りなく0(零)に接近する。一方、f/fm>1の領域を断熱的領域とも言い、この断熱的領域ではf/fmが大きくなるにつれてQ値が高くなる。これは、振動腕の機械的周波数が高くなるにつれて、各側面の温度上昇温度効果切り替わり高速となり、前述のような熱伝導が生じる時間がなくなるためである。したがって、f/fmを限りなく大きくした際の極限では、断熱操作となって、熱弾性損失は限りなく0(零)に接近する。このことから、f/fm>1の関係を満たすとは、f/fmが断熱的領域にあるとも言い換えることができる。

0041

なお、第1、第2駆動用電極84、85の構成材料(金属材料)は、振動腕5、6の構成材料である水晶と比較して熱伝導率が高いため、振動腕5では、第1駆動用電極84を介する熱伝導が積極的に行われ、振動腕6では、第2駆動用電極85を介する熱伝導が積極的に行われる。このような第1、第2駆動用電極84、85を介する熱伝導が積極的に行われると、緩和時間τが短くなってしまう。そこで、振動腕5では、溝52、53の底面にて第1駆動用電極84を側面513側と側面514側とに分割し、振動腕6では、溝62、63の底面にて第2駆動用電極85を側面613側と側面614側とに分割することにより、上記のような熱伝導が起きるのを防止または抑制するのが好ましい。その結果、緩和時間τが短くなるのを防ぎ、より高いQ値を有する振動素子2が得られる。

0042

次に、振動腕5、6の全長と、ハンマーヘッド59、69の長さおよび幅の関係について説明する。振動腕5、6は、互いに同様の構成であるため、以下では、振動腕5について代表して説明し、振動腕6については、その説明を省略する。
図1に示すように、振動腕5の全長(Y軸方向の長さ)をL[μm]とし、ハンマーヘッド59の長さ(Y軸方向の長さ)をH[μm]としたとき、振動腕5は、0.012<H/L<0.3なる関係を満足しているのが好ましく、0.046<H/L<0.223なる関係を満足しているのがより好ましい。このような関係を満足することによって、振動素子2のCI値が低く抑えられるため、振動損失が少なく、優れた振動特性を有する振動素子2となる。

0043

ここで、本実施形態では、振動腕5の基端を、側面514が基部4と接続されている箇所と、側面513が基部4と接続されている箇所を結んだ線分の、振動腕5の幅(X軸方向の長さ)中心に位置する箇所に設定している。また、腕部51の自由端部は、幅が自由端側に向けて漸増するテーパ状をなしているが、このテーパ部分の幅(X軸方向の長さ)が腕部51の幅(X軸方向の長さ)の1.5倍以上となっている部分を腕部51が有している場合には、この部分もハンマーヘッド59の長さHに含まれることとしている。

0044

また、振動腕5は、腕部51の幅(X軸方向の長さ)をW1[μm]とし、ハンマーヘッド59の幅(X軸方向の長さ)をW2[μm]としたとき、1.5≦W2/W1≦10.0なる関係を満足しているのが好ましく、1.6≦W2/W1≦7.0なる関係を満足しているのがより好ましい。このような関係を満足することにより、ハンマーヘッド59の幅を広く確保することができる。そのため、ハンマーヘッド59の長さHが上述のように比較的短くても(Lの30%未満であっても)、ハンマーヘッド59による質量効果を十分に発揮することができる。したがって、1.5≦W2/W1≦10.0なる関係を満足することによって、振動腕5の全長Lが抑えされ、振動素子2の小型化を図ることができる。

0045

このように、振動腕5では、0.012<H/L<0.3なる関係と、1.5≦W2/W1≦10.0なる関係とを満足することによって、これら2つの関係の相乗効果によって、小型化でCI値が十分に抑えられている振動素子2が得られる。
なお、Lを2mm以下、好ましくは1mm以下とすることで、携帯型音楽機器ICカードのようなものに搭載する発振器に使用する、小型な振動素子2を得ることができる。また、W1を100μm以下、好ましくは50μm以下とすることで、上記Lの範囲においても、低消費電力を実現する発振回路に使用する、低周波共振する振動素子2を得ることができる。

0046

また、断熱的領域であれば、Zカット水晶板でY軸方向に振動腕が延び、X軸方向に屈曲振動する場合、W1は12.8μm以上であることが好ましく、Zカット水晶板でX軸方向に振動腕が延び、Y軸方向に屈曲振動する場合、W1は14.4μm以上であることが好ましく、Xカット水晶板でY軸方向に振動腕が延び、Z軸方向に屈曲振動する場合、W1は15.9μm以上であることが好ましい。こうすることによって、確実に断熱的領域にすることができるので、溝52、53の形成により熱弾性損失が減少してQ値が向上し、それと共に溝52、53が形成されている領域で駆動することにより(電界効率が高く、駆動面積が稼げる)CI値が低くなる。

0047

また、主面511の溝52のX軸方向両側に位置する土手部(振動腕の長手方向に直交する幅方向に沿って溝52を挟んで並んでいる主面)511aおよび主面512の溝53のX軸方向両側に位置する土手部512aの幅(X軸方向の長さ)をW3[μm]としたとき、W3は6μm以下に設定される。これにより、振動素子2のQ値を比較的高く維持しつつ、等価直列抵抗R1(CI値)を十分に低くすることができる。結果として、優れた振動特性を低消費電力で発揮することのできる振動素子2を得ることができる。

0048

ここで、土手部511a、512aの幅W3を6μm以下に設定する根拠を、発明者らが行ったシミュレーション結果に基づいて説明する。なお、以下では、Zカット水晶板をパターニングしてなり、屈曲振動周波数(機械的屈曲振動周波数)f=32.768kHzの振動素子2を用いたシミュレーションを代表して用いるが、発明者らによって、屈曲振動周波数fが32.768kHz±1kHzの範囲では、下記に示すシミュレーション結果とほとんど差がないことが確認されている。

0049

また、本シミュレーションでは、ウェットエッチングによってZカット水晶板(回転角0°)をパターニングした振動素子2を用いている。したがって、溝52、53は、図7に示すように、水晶の結晶面が現れた形状となっている。なお、図7では、図1中のB−B線断面に相当する断面を示している。−X軸方向のエッチングレートが+X軸方向のエッチングレートよりも低いため、−X軸方向の側面が比較的なだらかな傾斜となり、+X軸方向の側面が垂直に近い傾斜となる。

0050

また、本シミュレーションで用いた振動素子2の振動腕5のサイズは、全長Lが930μm、厚さTが120μm、腕部51の幅W1が80μm、ハンマーヘッド59の幅W2が138μm、ハンマーヘッド59の長さHが334μmである。このような振動素子2において、土手部511a、512aの幅W3を変化させてシミュレーションを行った。
なお、発明者らによって、全長L、厚さT、幅W1、幅W2、長さHを変更しても、下記に示すシミュレーション結果と同様の傾向となることが確認されている。また、本シミュレーションには、第1、第2駆動用電極84、85が形成されていない振動素子2を用いた。

0051

図8に、溝52、53の最大深さtを、それぞれ0.208T、0.292T、0.375T、0.458T、0.483Tとしたときの、土手部511a、512aの幅W3とQ値(F変換後Q値)との関係を示すグラフであり、図9は、溝52、53の最大深さtを、それぞれ0.208T、0.292T、0.375T、0.458T、0.483Tとしたときの、土手部511a、512aの幅W3とR1の逆数(1/R1)との関係を示すグラフである。

0052

図8および図9に示すグラフは、次のようにして作成される。まず、有限要素法によって、熱弾性損失のみを考慮したQ値を求める。なお、Q値は、周波数依存性を有しているため、求められたQ値を32.768kHz時のQ値(F変換後Q値)に換算する。このF変換後Q値を縦軸、W3を横軸としてプロットして作成したのが、図8に示すグラフである。さらに、F変換後Q値に基づいて、R1を算出する。なお、R1も周波数依存性を有しているため、求められたR1を32.768kHz時のR1に換算し、その逆数を縦軸、W3を横軸としてプロットして作成したのが、図9に示すグラフである。Q値が大きいほど、振動素子2の振動特性を高くすることができ、R1が小さくなる(1/R1が大きくなる)ほど、振動素子2を低消費電力とすることができる。

0053

なお、Q値のF変換後Q値への換算は、上記式(1)および下記式(3)を用いて、次のようにして計算することができる。
Q={ρCp/(Cα2H)}×[{1+(f/fm0)2}/(f/fm0)]
‥‥(3)
ただし、式(3)中のρは振動腕5の質量密度、Cpは振動腕5の熱容量、Cは振動腕5の長さ方向の伸縮弾性スティフネス定数、αは振動腕5の長さ方向の熱膨張率、Hは絶対温度、fは固有周波数である。なお、aは、振動腕5が平板構造(平板形状)であると見做したきの幅(実効幅)であるが、このaの値を用いてもF変換後Q値への換算を行うことができる。

0054

まず、シミュレーションで用いた振動腕5の固有周波数をF1とし、求められたQ値をQ1とし、式(1)、(3)を用いて、f=F1、Q=Q1となるようなaの値を求める。次に、求められたaを用い、また、f=32.768kHzとし、式(3)からQ値を算出する。このようにして得られたQ値がF変換後Q値となる。
図8に示すように、Q値は、溝52、53の深さにかかわらず、土手部511a、512aの幅W3が7μmである場合に最大値をとる。一方、R1は、図9に示すように、土手部511a、512aの幅W3が小さくなるほど小さくなる傾向にある。振動素子は、通常、Q値ができる限り大きくなるように、すなわち、土手部511a、512aの幅W3が7μm程度となるように設計される。しかしながら、これでは、振動素子2の消費電力を十分に低くすることができない。

0055

そこで、本発明では、土手部511a、512aの幅W3の設計値を、敢えて、通常採用される値(Q値が最大となる7μm)とせず、Q値を多少犠牲にしても、R1がより小さくなる値(6μm以下)を優先して採用することとした。これにより、振動素子2のQ値を比較的高く維持しつつ、等価直列抵抗R1(CI値)を十分に低くすることができる。結果として、優れた振動特性を低消費電力で発揮することのできる振動素子2を得ることができる。

0056

土手部511a、512aの幅W3は、6μm以下であればよいが、0.1μm以上6μm以下であるのが好ましく、0.5μm以上4μm以下であるのがより好ましく、1μm以上3μm以下であるのがさらに好ましい。幅W3をこのような範囲とすることにより、振動素子2のR1(CI値)をより小さくすることができ、より低消費電力で振動素子2を駆動することができる。なお、上記下限値より小さい幅W3を有する土手部511a、512aを形成するのは困難であるか、あるいは極めて精度の高い加工技術を必要とするため、コスト高となる。

0057

また、振動腕5(腕部51)の厚さTと、溝52、53の最大深さtとが、0.458T≦t≦0.483Tなる関係を満足し、かつ、土手部511a、512aの幅W3と、2t/Tで表されるηとが−36.000η+39.020≦W3[μm]≦26.000η−15.320(ただし、0.916≦η≦0.966)なる関係を満足することが好ましい。これにより、より優れた振動特性を発揮する振動素子2を得ることができる。

0058

特に、溝52、53の深さ、すなわち、ηは大きいほど好ましく、具体的には0.6以上であることが好ましく、0.75以上であるのがより好ましく、0.9以上であるのがさらに好ましい。これにより、第1、第2駆動用電極84、85の形成面積を大きくすることができるため、振動素子2のR1(CI値)をより小さくすることができ、より低消費電力で駆動する振動素子2を得ることができる。

0059

また、ηは、2t/Tなる関係を満たすため、ηが一定の場合には、振動腕5(水晶基板3)の厚さTが大きいほど、tを大きくすることができる。これにより、第1、第2駆動用電極84、85の形成面積をより大きくすることができるため、振動素子2のR1をさらに小さくすることができる。具体的には、振動腕5(水晶基板3)の厚さTが50μm以上であるのが好ましく、110μm以上であるのがより好ましく、160μm以上であるのがさらに好ましい。なお、振動腕5の厚さTの上限値は、特に限定されないが、300μm以下であるのが好ましい。振動腕5の厚さTが上限値を超えた場合、水晶基板3の加工条件(ウェットエッチングの条件)にもよるが、振動素子2の形状非対称性が大きくなる傾向を示す。

0060

以上説明したような一対の振動腕5、6(腕部51、61)の間には、基部4(本体部41)から中心線C1(Y軸方向)に沿って延出する支持腕71が設けられている。支持腕71は、XY平面視にて略矩形状をなし、振動素子2は、図1および2に示すように、支持腕71にて導電性接着剤11を介してパッケージ9に固定されているが、特に限定されず、Auなどの金属を介してパッケージ9に固定されていてもよい。このような構成とすることによって、振動素子2の振動漏れをより効果的に低減することができる。

0061

また、支持腕71は、その基部4との境界部付近に、X軸方向に沿った長さ(幅)が小さくなっているクビレ部711を有している。これにより、振動腕5、6が互いに離間および接近するように屈曲振動するメインモード共振周波数から、振動腕5、6がXY面内で同一の方向に屈曲振動するX同相モードの共振周波数を離すことができる。その結果、振動素子2をメインモードで屈曲振動する際に、X同相モードで発生する振動姿態がメインモードに重複する、所謂結合振動が生じ難くなり、振動漏れを低減することができる。

0062

このような振動素子2は、水晶基板を、例えば、アルカリウェットエッチングのようなウェットエッチング法レーザービームエッチング反応性ガスエッチングのようなドライエッチング法により加工して得ることができるが、特に、ウェットエッチング法により加工することにより得るのが好ましい。ウェットエッチング法によれば、簡便な装置で精度よく水晶基板を加工することができる。

0063

(パッケージ)
パッケージ9は、上面に開放する凹部911を有する箱状のベース91と、凹部911の開口を塞ぐようにベース91に接合されている板状のリッド92とを有している。このようなパッケージ9は、凹部911がリッド92にて塞がれることにより形成された収納空間を有しており、この収納空間に振動素子2が気密的に収納されている。振動素子2は、支持腕71にて、例えば、エポキシ系、アクリル系の樹脂導電性フィラーを混合した導電性接着剤11を介して凹部911の底面に固定されている。
なお、収納空間内は、減圧(好ましくは真空)状態となっていてもよいし、窒素ヘリウムアルゴン等の不活性ガス封入されていてもよい。これにより、振動素子2の振動特性が向上する。

0064

ベース91の構成材料としては、特に限定されないが、酸化アルミニウム等の各種セラミックスを用いることができる。また、リッド92の構成材料としては、特に限定されないが、ベース91の構成材料と線膨張係数近似する部材であると良い。例えば、ベース91の構成材料を前述のようなセラミックスとした場合には、コバール等の合金とするのが好ましい。なお、ベース91とリッド92の接合は、特に限定されず、例えば、接着剤を介して接合してもよいし、シーム溶接等により接合してもよい。

0065

また、ベース91の凹部911の底面には、接続端子951、961が形成されている。図示しないが、振動素子2の第1駆動用電極84は、支持腕71のY軸方向の途中まで引き出されており、当該部分にて、導電性接着剤11を接続端子951と電気的に接続されている。同様に、図示しないが、振動素子2の第2駆動用電極85は、支持腕71のY軸方向の途中まで引き出されており、当該部分にて、導電性接着剤11を介して接続端子961と電気的に接続されている。
また、接続端子951は、ベース91を貫通する貫通電極952を介してベース91の底面に形成された外部端子953に電気的に接続されており、接続端子961は、ベース91を貫通する貫通電極962を介してベース91の底面に形成された外部端子963に電気的に接続されている。

0066

接続端子951、961、貫通電極952、962および外部端子953、963の構成としては、それぞれ、導電性を有していれば、特に限定されないが、例えば、Cr(クロム)、W(タングステン)などのメタライズ層下地層)に、Ni(ニッケル)、Au(金)、Ag(銀)、Cu(銅)などの各被膜を積層した金属被膜で構成することができる。

0067

<第2実施形態>
次に、本発明の振動子の第2実施形態について説明する。
図10は、本発明の第2実施形態にかかる振動子が有する振動素子の平面図である。
以下、第2実施形態の振動子について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第2実施形態の振動子は、振動素子の構成が異なる以外は、前述した第1実施形態と同様である。なお、前述した第1実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。

0068

図10に示すように、振動素子2Aの基部4Aは、本体部41と、本体部41の基端(第2の端部)側に設けられた縮幅部42と、振動腕5、6の間であって、本体部41の先端(第1の端部)側に設けられた縮幅部43とを有している。このような振動素子2Aは、本体部41にて、導電性接着剤11、11を介してパッケージ9に固定されている。このため、支持腕71が省略されている。

0069

縮幅部43は、その幅(X軸方向に沿った長さ)が、振動腕5、6の間の中心線C1に沿って、基部4の中央(本体部41)から離れるに従い漸減し、その輪郭(縁部)がアーチ状(円弧状)をなしている。このような縮幅部43は、縮幅部42と同様の機能を有する。また、本実施形態では、導電性接着剤11、11は、中心線C1に沿って配置されているが、中心線C1と直交する方向(X軸方向)に沿って配置されていてもよい。

0070

このような第2実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。特に、第2実施形態によれば、支持腕71を省略できるので、振動素子2AのX軸方向に沿った長さ(幅)を小さくすることができる。なお、基部4は、縮幅部42を有さず、縮幅部43のみを有していてもよいし、縮幅部43を有さず、縮幅部42のみを有していてもよい。

0071

<第3実施形態>
次に、本発明の振動子の第3実施形態について説明する。
図11は、本発明の第3実施形態にかかる振動子の平面図、図12は、図11中のC−C線断面図である。
以下、第3実施形態の振動子について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第3実施形態の振動子は、支持部の構成およびパッケージの構成が異なる以外は、前述した第1実施形態と同様である。なお、前述した第1実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。

0072

図11に示すように、振動素子2Bの支持部は、基部4、振動腕5、6および支持腕71Bを取り囲む、外形略正方形の枠体72を備えており、この枠体72に支持腕71Bの先端部(基部4と反対側の端部)が連結されている。枠体72は、パッケージ9Bに接合される部分である。
パッケージ9Bは、図12に示すように、上面に開放する凹部911Bを有する箱状のベース91Bと、下面に開放する凹部921Bを有する箱状のリッド92Bとを有し、ベース91Bの外周部およびリッド92Bの外周部に、枠体72が挟持および接合されることにより、振動素子2Bがパッケージ9Bに固定されている。また、ベース91Bの凹部911Bの底面に設けられた接続端子961(951)と、振動素子2Bとの所定に部位とが、例えば、金等で構成されるワイヤー12により接続されている。
このような第3実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。特に、第3実施形態によれば、振動素子2Bを枠体72を介してパッケージ9Bに固定するので、この固定を精度良く行うことができる。そのため、振動素子2Bのサイズを大きくすることができ、結果として、そのR1をより小さくすることができる。

0073

<第4実施形態>
次に、本発明の振動子の第4実施形態について説明する。
図13は、本発明の第4実施形態にかかる振動子が有する振動素子の平面図である。
以下、第4実施形態の振動子について、前述した第1〜第3実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第4実施形態の振動子は、支持部の構成が異なる以外は、前述した第3実施形態と同様である。なお、前述した第3実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。

0074

図13に示すように、振動素子2Cの支持部は、支持腕71Bに代わり、基部4Cの基端(一対の振動腕5、6と反対)側に、中心線C1に沿って延出する支持腕73が設けられている。この支持腕73は、枠体72に連結している。なお、基部4Cは、第2実施形態の基部4Aと同様の構成である。
このような第4実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。特に、第4実施形態によれば、振動素子2Cを枠体72を介してパッケージ9に固定するので、この固定を精度良く行うことができる。そのため、振動素子2Cのサイズを大きくすることができ、結果として、そのR1をより小さくすることができる。また、第4実施形態によれば、支持腕71Bを省略できるので、振動素子2CのX軸方向に沿った長さ(幅)を小さくすることができる。
なお、支持腕73を省略して、基部4Cを直接枠体72に連結してもよいし、枠体72を省略して、支持腕73にて、導電性接着剤11を用いて、振動素子2Cをパッケージ9に固定するようにしてもよい。

0075

2.発振器
次に、本発明の振動素子を適用した発振器(本発明の発振器)について説明する。
図14は、本発明の発振器の好適な実施形態を示す断面図である。
図14に示す発振器10は、振動子1と、振動素子2を駆動するためのICチップ8とを有している。以下、発振器10について、前述した振動子との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

0076

図14に示すように、パッケージ9は、凹部911を有する箱状のベース91と、凹部911の開口を塞ぐ板状のリッド92とを有している。また、ベース91の凹部911は、ベース91の上面に開放する第1凹部911aと、第1凹部911aの底面に開放する第2凹部911bと、第2凹部911bの底面に開放する第3凹部911cとを有している。

0077

第1凹部911aの底面には、接続端子95、96が形成されている。また、第3凹部911cの底面には、ICチップ8が配置されている。ICチップ8は、振動素子2の駆動を制御するための発振回路を有している。ICチップ8によって振動素子2を駆動すると所定の周波数の信号を取り出すことができる。
また、第2凹部911bの底面には、ワイヤーを介してICチップ8と電気的に接続された複数の内部端子93が形成されている。これら複数の内部端子93には、ベース91に形成された図示しないビアを介してパッケージ9の底面に形成された外部端子94に電気的に接続された端子と、図示しないビアやワイヤーを介して接続端子95に電気的に接続された端子と、図示しないビアやワイヤーを介して接続端子96に電気的に接続された端子とが含まれている。
なお、図14の構成では、ICチップ8が収納空間内に配置されている構成について説明したが、ICチップ8の配置は、特に限定されず、例えば、パッケージ9の外側(ベース91の底面)に配置されていてもよい。

0078

3.電子機器
次に、本発明の振動素子を適用した電子機器(本発明の電子機器)について説明する。
図15は、本発明の振動素子を備える電子機器を適用したモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部2000を備えた表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター1100には、フィルター共振器基準クロック等として機能する振動素子2(2A〜2C)が内蔵されている。

0079

図16は、本発明の振動素子を備える電子機器を適用した携帯電話機(PHSも含む)の構成を示す斜視図である。この図において、携帯電話機1200は、複数の操作ボタン1202、受話口1204および送話口1206を備え、操作ボタン1202と受話口1204との間には、表示部2000が配置されている。このような携帯電話機1200には、フィルター、共振器等として機能する振動素子2(2A〜2C)が内蔵されている。

0080

図17は、本発明の振動素子を備える電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルム感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ1300は、被写体の光像をCCD(Charge Coupled Device)などの撮像素子により光電変換して撮像信号画像信号)を生成する。

0081

ディジタルスチルカメラ1300におけるケースボディー)1302の背面には、表示部2000が設けられ、CCDによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部2000は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース1302の正面側(図中裏面側)には、光学レンズ撮像光学系)やCCDなどを含む受光ユニット1304が設けられている。

0082

撮影者が表示部2000に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン1306を押下すると、その時点におけるCCDの撮像信号が、メモリー1308に転送・格納される。また、このディジタルスチルカメラ1300においては、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用入出力端子1314とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子1312にはテレビモニター1430が、デ−タ通信用の入出力端子1314にはパーソナルコンピューター1440が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー1308に格納された撮像信号が、テレビモニター1430や、パーソナルコンピューター1440に出力される構成になっている。このようなディジタルスチルカメラ1300には、フィルター、共振器等として機能する振動素子2(2A〜2C)が内蔵されている。

0083

なお、本発明の振動素子を備える電子機器は、図15の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)、図16の携帯電話機、図17のディジタルスチルカメラの他にも、例えば、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)、フライトシュミレーター等に適用することができる。

0084

4.移動体
次に、本発明の振動素子を適用した移動体(本発明の移動体)について説明する。
図18は、本発明の移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図である。自動車1500には、振動素子2が搭載されている。振動素子2(2A〜2C)は、キーレスエントリーイモビライザーカーナビゲーションシステムカーエアコンアンチロックブレーキシステム(ABS)、エアバック、タイヤプレッシャーモニタリング・システムTPMS:Tire Pressure Monitoring System)、エンジンコントロールハイブリッド自動車電気自動車電池モニター車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット(ECU:electronic control unit)に広く適用できる。

0085

以上、本発明の振動素子、振動子、発振器、電子機器および移動体について、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、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

0086

1、1B…振動子10…発振器 11…導電性接着剤12…ワイヤー2、2A、2B、2C…振動素子3…水晶基板4、4A、4C…基部 41…本体部 42、43…縮幅部 5…振動腕51…腕部 511、512…主面 511a、512a…土手部 513、514…側面 52、53…溝 59…ハンマーヘッド6…振動腕 61…腕部 611、612…主面 613、614…側面 62、63…溝 69…ハンマーヘッド 71、71B、73…支持腕711…クビレ部 72…枠体8…ICチップ84、85…駆動用電極9…パッケージ91、91B…ベース911、911B、921B…凹部 911a…第1凹部 911b…第2凹部 911c…第3凹部 92、92B…リッド93…内部端子94…外部端子95、96…接続端子951、961…接続端子 952、962…貫通電極953、963…外部端子 1100…パーソナルコンピューター1102…キーボード1104…本体部 1106…表示ユニット1200…携帯電話機1202…操作ボタン1204…受話口1206…送話口1300…ディジタルスチルカメラ1302…ケース1304…受光ユニット1306…シャッターボタン 1308…メモリー1312…ビデオ信号出力端子1314…入出力端子1430…テレビモニター1440…パーソナルコンピューター 1500…自動車2000…表示部 L…全長H…ハンマーヘッド長 W1、W2、W3…幅 t…深さ T…厚さ C1…中心線

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