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JP2004349856A - Piezoelectric vibrating reed, piezoelectric device using the piezoelectric vibrating reed, mobile phone device using the piezoelectric device, and electronic equipment using the piezoelectric device - Google Patents

Piezoelectric vibrating reed, piezoelectric device using the piezoelectric vibrating reed, mobile phone device using the piezoelectric device, and electronic equipment using the piezoelectric device Download PDF

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JP2004349856A
JP2004349856A JP2003142339A JP2003142339A JP2004349856A JP 2004349856 A JP2004349856 A JP 2004349856A JP 2003142339 A JP2003142339 A JP 2003142339A JP 2003142339 A JP2003142339 A JP 2003142339A JP 2004349856 A JP2004349856 A JP 2004349856A
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Japan
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piezoelectric
vibrating
base
groove
vibrating reed
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Japanese (ja)
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Masayuki Kikushima
正幸 菊島
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Seiko Epson Corp
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Seiko Epson Corp
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Publication date
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  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

【課題】耐衝撃性にすぐれ、振動効率を高めて、CI値を抑制することができる圧電振動片と、この圧電振動片をパッケージに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を提供すること。
【解決手段】全体が圧電材料により形成され、基部51と、この基部から平行に延びる複数の振動腕34,35とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝部56,57が形成されている圧電振動片であって、前記複数の振動腕の屈曲振動の際の歪みが大きくなる領域に対応して、前記溝部が、溝底部の両側に設けられる壁部22,22、23,23の壁厚みを厚くするようにされている。
【選択図】 図3
A piezoelectric vibrating reed having excellent shock resistance, capable of improving vibration efficiency and suppressing a CI value, a piezoelectric device in which the piezoelectric vibrating reed is housed in a package, and a mobile phone and an electronic device using the piezoelectric device. Providing equipment.
A whole is formed of a piezoelectric material, and has a base portion and a plurality of vibrating arms extending in parallel from the base portion, and each of the vibrating arms is formed with a groove portion extending in a longitudinal direction. The piezoelectric vibrating reeds, wherein the grooves are formed in the wall portions 22, 22, 23, 23 provided on both sides of the groove bottom portions in correspondence with the regions where the distortion during bending vibration of the plurality of vibrating arms increases. The wall thickness is increased.
[Selection diagram] FIG.

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動片と、この圧電振動片をパッケージに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。
【0002】
【従来の技術】
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において、パッケージ内に圧電振動片を収容した水晶振動子や水晶発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
図8は、このような圧電デバイスに使用される圧電振動片の公知の構成例を示す概略平面図である(特許文献1参照)。また、図9は図8のA−A線切断端面図である。
【0003】
図8において、圧電振動片1は、例えば水晶の単結晶からなる水晶ウエハからエッチングにより図示するような音叉型に加工されて形成されている。
すなわち、圧電振動片1は、基部5と、この基部5から平行に延びる一対の振動腕6,7を備える音叉型水晶片で構成されている。
【0004】
圧電振動片1の基部5は、図示しないパッケージ側の電極部に対して固定されるようになっている。図8および図9を参照して理解されるように、振動腕6,7の表面および裏面には、長さ方向に延びる溝部4,5が形成されている。この溝部4,5内には、図示しない駆動用の電極が形成されている。基部51の振動腕6,7側の端部付近の幅方向の外縁には、切欠き部5a,5bが設けられている。
【0005】
このような圧電振動片1は、基部51に設けた図示しない引出し電極の部分を、パッケージ側の電極(図示せず)に対して、導電性接着剤等により固定されることによって、パッケージ側から各引出し電極を介して、溝部4,5内に形成した駆動用の電極に対して、駆動電圧が印加されるようになっている。
これにより、振動腕6,7はその先端側6a,7aを互いに接近、離間させるようにして、図8の矢印に示すように屈曲振動する。このような振動に基づく振動周波数を取り出すことにより、制御用のクロック信号等の各種信号に利用されるようになっている。
【0006】
【特許文献1】特開2002−261575
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような構造の圧電振動片1が図8の矢印に示すように屈曲振動すると、図10に示すように歪みの分布が生じる。
すなわち、図10は、圧電振動片1が屈曲振動した場合に生じる歪みをシミュレーションした解析図であり、符号a、b、cの順に歪みが大きい方からその領域が示されている。つまり、領域aが一番歪みが大きく、領域cは歪みが最も小さい。
【0008】
図10によると、屈曲振動する振動腕6,7に歪みが大きな領域が存在するので、この領域に設けた溝部に駆動用の電極を設けることは、歪みの大きな領域に駆動のためのエネルギーを供給できるので、好ましい。
しかしながら、図10によると振動腕6と振動腕7との間の股部8に近接した振動腕6,7の根元の部分に大きな歪みを生じる領域があることが理解される。
このことから、圧電振動片1やこれをパッケージに収容した圧電デバイス(図示せず)が落下したりして、外部から衝撃を受けた際に、振動腕6,7が変位して、振動腕6,7の根元の領域に大きな応力が働き、この領域に設けられる図8,図9で説明した溝部4,5に関して、その溝底部を挟む両側の壁部の厚みが薄いと、破損するおそれがあるという問題がある。
【0009】
本発明は、耐衝撃性にすぐれ、振動効率を高めて、CI(クリスタルインピーダンス)値を抑制することができる圧電振動片と、この圧電振動片をパッケージに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を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、第1の発明によれば、全体が圧電材料により形成され、基部と、この基部から平行に延びる複数の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝部が形成されている圧電振動片であって、前記複数の振動腕の屈曲振動の際の歪みが大きくなる領域に対応して、前記溝部が、溝底部の両側に設けられる壁部の壁厚みを厚くするようにされている、圧電振動片により、達成される。
第1の発明の構成によれば、圧電振動片の複数の振動腕が屈曲振動する際に歪みが大きくなる領域に対応して前記溝部が、溝底部の両側に設けられる壁部の壁厚みを厚くするようにされている、このため、屈曲振動の際だけでなく、外部から衝撃が加わった際に、応力が集中する領域が構造的に強化されるので、耐衝撃性が向上する。また、このため各振動腕および溝部を長くして、屈曲振動に際して、振動腕を大きく振る構造としても、破損の心配がない。あるいは従来と同様に振動させるためには、少ない駆動電圧で済むから、CI値の低い圧電振動片を実現できる。
かくして、本発明によれば、耐衝撃性にすぐれ、振動効率を高めて、CI値を抑制することができるという効果を発揮することができる。
【0011】
第2の発明は第1の発明の構成において、前記各振動腕の基端部である根元部分において、前記壁部の厚みが厚くなるように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、特に各振動腕の基端部である根元部において、前記壁部の厚みを厚くしたので、最も応力が集中する箇所が特に強靱な構造となる。
【0012】
第3の発明は第2の発明の構成において、前記各振動腕に設けられる前記溝部が前記基部に向かって長さ方向に延長されて、前記基部の前記振動腕側端部に到達するようにされており、前記根元部と基部の領域において、前記壁部の厚みが厚くなるように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、前記溝部が基部に到達するまで延長されている。この溝部は駆動用の電極を形成する領域であり、従来、駆動電極が形成されることがなかった基部の領域に、駆動用の電極を形成することができるので、従来利用されていなかった領域を利用しつつ、歪みの大きくなる領域に効率良く振動のためのエネルギーを供給することが可能となる。
【0013】
第4の発明は第3の発明の構成において、前記各溝部の外形が、前記基部の領域において、その端部が内向きとされ、かつ溝部の端部に向かって徐々に幅広くなるように形成されていることを特徴とする。
第4の発明の構成によれば、前記各溝部の外形が、前記基部の領域において、その端部が内向きとされることで、基部における歪み分布に対応して振動領域を形成することができる。さらに、各溝部の外形が溝部の端部に向かって徐々に幅広くなるようにされることで、基部において面状に広がる歪みの大きな領域に対応して、このような領域を積極的に利用して振動させる箇所を形成することができる。
【0014】
また、上述の目的は、第5の発明によれば、ケースまたはパッケージ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、全体が圧電材料により形成され、基部と、この基部から平行に延びる複数の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝部が形成されており、前記複数の振動腕の屈曲振動の際の歪みが大きくなる領域に対応して、前記溝部が、溝底部の両側に設けられる壁部の壁厚みを厚くするようにされている、圧電デバイスにより、達成される。
第5の発明の構成によれば、ケースまたはパッケージに収容される圧電振動片に関して、複数の振動腕が屈曲振動する際に歪みが大きくなる領域に対応して前記溝部が、溝底部の両側に設けられる壁部の壁厚みを厚くするようにされている。このため、屈曲振動の際だけでなく、外部から衝撃が加わった際に、応力が集中する領域が構造的に強化されるので、圧電デバイスの耐衝撃性が向上する。
【0015】
さらに、上述の目的は、第6の発明によれば、パッケージ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、全体が圧電材料により形成され、基部と、この基部から平行に延びる複数の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝部が形成されており、前記複数の振動腕の屈曲振動の際の歪みが大きくなる領域に対応して、前記溝部が、溝底部の両側に設けられる壁部の壁厚みを厚くするようにされ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、携帯電話装置により、達成される。
【0016】
さらにまた、上述の目的は、第7の発明によれば、パッケージ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、全体が圧電材料により形成され、基部と、この基部から平行に延びる複数の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝部が形成されており、前記複数の振動腕の屈曲振動の際の歪みが大きくなる領域に対応して、前記溝部が、溝底部の両側に設けられる壁部の壁厚みを厚くするようにされ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、電子機器により、達成される。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1および図2は、本発明の圧電デバイスの実施の形態を示しており、図1はその概略平面図、図2は図1のB−B線概略断面図である。
図1および図2において、圧電デバイス30は、水晶振動子を構成した例を示しており、この圧電デバイス30は、パッケージ36内に圧電振動片32を収容している。パッケージ36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。複数の各基板は、その内側に所定の孔を形成することで、積層した場合に内側に所定の内部空間S2を形成するようにされている。
この内部空間S2が圧電振動片を収容するための収容空間である。
すなわち、図2に示されているように、この実施形態では、パッケージ36は、例えば、下から第1の積層基板52、第2の積層基板53を重ねて形成されている。
【0018】
パッケージ36の内部空間S2内の図において左端部付近において、内部空間S2に露出して内側底部を構成する第1の積層基板52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およ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、外部と接続されて、駆動電圧を供給するものである。この各電極部31,31の上に導電性接着剤43,43が塗布され、この導電性接着剤43,43の上に圧電振動片32の基部51が載置されて、導電性接着剤43,43が硬化されるようになっている。尚、導電性接着剤43,43としては、接合力を発揮する接着剤成分としての合成樹脂剤に、銀製の細粒等の導電性の粒子を含有させたものが使用でき、シリコーン系、エポキシ系またはポリイミド系導電性接着剤等を利用することができる。
尚、基部51には、図8で説明した切欠き部5a,5bのような切欠き部もしくは凹部を形成してもよい。
【0019】
パッケージ36の開放された上端には、ロウ材33を用いて蓋体39が接合されることにより、封止されている。蓋体39は、好ましくは、パッケージ36に封止固定した後で、図2に示すように、外部からレーザ光L2を圧電振動片32の金属被覆部(図示せず)に照射して、質量削減方式により周波数調整を行うために、光を透過する材料,特に、薄板ガラスにより形成されている。
蓋体39として適するガラス材料としては、例えば、ダウンドロー法により製造される薄板ガラスとして、例えば、硼珪酸ガラスが使用される。
【0020】
圧電振動片32は、水晶をエッチングして形成されており、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に拡大して示す形状とされている。また、図4は図3のC−C線切断端面図である。
図3において圧電振動片32は、X軸が電気軸、Y’軸が機械軸およびZ’軸が光軸となるように水晶の単結晶から切り出された水晶ウエハをウエットエッチングして形成されている。圧電振動片32は、パッケージ36側と固定される基部51と、この基部51を基端として、図において上方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕34,35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。
【0021】
図3に示すように、圧電振動片32の各振動腕34,35の表面および裏面には、それぞれ長さ方向に延びる溝部56と溝部57が設けられている。
振動腕34には、その主面である表面と裏面にそれぞれ溝部56,56が設けられており、振動腕35には、その主面である表面と裏面にそれぞれ溝部57,57が設けられている。これらの溝部は、例えば、水晶ウエハをエッチングして圧電振動片32の外形を形成した後で、振動腕の部分をハーフエッチングすることにより形成することができる。
【0022】
図4に示すように、振動腕34には、溝部の底部を構成する部分21と、この部分21の両側で起立する壁部が形成されている。振動腕34の構造は図3に示すように、厚み方向の中心に関して上下対称の形態である。このため、厚み方向の中心に位置する部分21に対して、上側に壁部22,22が、同様に下側にも壁部22,22が形成されている。振動腕35も振動腕34と同じ構造で、厚み方向の中心に位置する部分21に対して、上側に壁部23,23が、同様に下側にも壁部23,23が形成されている。
【0023】
さらに、図3において、圧電振動片32の基部51の幅方向両端付近には、引出し電極58,59が形成されている。各引出し電極58,59は、圧電振動片32の基部51の裏面にも同様に形成されている。
これらの各引出し電極58,59は、上述したように図1に示されているパッケージ側の電極部31,31と導電性接着剤43,43により接続される部分である。そして、各引出し電極58,59は、各振動腕34,35の溝部56,57内等に設けた駆動用の電極である励振電極63,64(図4にのみ図示)と接続されている。
【0024】
すなわち、図4に示すように、各振動腕34,35の溝部56,57内には、電極が形成されている。具体的には、振動腕34の溝部56,56には、励振電極63,63が、振動腕34の両側面には、これと対となる励振電極64,64とが形成されている(側面電極)。一方、振動腕35の溝部57,57には、励振電極64,64が、振動腕35の両側面には、これと対となる励振電極63,63とが形成されている(側面電極)。これにより、溝部に形成した電極と対となる側面電極との間が、溝の壁部を隔てるだけの近い距離となることで、圧電材料内部に効率的に電界を形成することができる。
ここで、これら電極の構造は、各振動腕34,35の主面である表面と裏面、すなわち、図4において上面と下面とで同じ構造である。図4の上面の励振電極63,64が表面電極であり、下面の励振電極63,64が裏面電極である。
【0025】
次に、本実施形態の溝部56,57の特徴的な構造について詳しく説明する。
図5は、圧電振動片32について、振動腕34,35が、その各先端34a,35aを矢印に示すように接近・離間させるように屈曲振動する場合に、歪みが生じる領域の分布状態をシミュレーションした図であり、符号a、b、cの順に歪みが大きい方からその領域が示されている。つまり、領域aが一番歪みが大きく、領域cは歪みが最も小さい。
図5によると、振動腕34,35に関して、これらの根元部R1の箇所から、各先端34a,35aに向けて、L1の範囲にわたって、a領域とb領域が拡がっている。さらに、L1の範囲に加えて、基部51の振動腕側の端部にもa領域とb領域が分布している。この範囲を含めると、L2の範囲が歪みの大きい領域である。
【0026】
そこで、図3に示されているように、この実施形態では、振動腕34,35の各溝部56,57の壁部22,22、23,23の厚みを、他の箇所よりも厚くなるように構成している。しかも、好ましくは、これらの壁部の厚みが振動腕34,35の根元部R1に向かって、徐々に増すようにされることで、図5の歪みの分布領域の分布態様に適合するようにされている。
【0027】
このため、振動腕34,35の屈曲振動の際だけでなく、外部から衝撃が加わった際に、応力が集中する領域が構造的に強化されるので、耐衝撃性が向上する。また、このため各振動腕および溝部を長くして、屈曲振動に際して、振動腕を大きく振る構造としても、破損の心配がない。さらに、例えば、従来と同様に振動させるためには、少ない駆動電圧で済むから、CI値の低い圧電振動片を実現できる。
特に各振動腕34,35の基端部である根元部R1において、上述の壁部22,22、23,23の厚みを厚くしたので、最も応力が集中する箇所が特に強靱な構造となる。
【0028】
また、図3に示されているように、各振動腕34,35に設けられる溝部56,57が基部51に向かって長さ方向に延長されて、上述したL2の範囲を含むように、基部51の振動腕側端部(以下、「端部領域」という)まで延ばされている。このため、従来、駆動電極が形成されることがなかった基部51の領域に、駆動用の電極を形成することができるので、従来利用されていなかった領域を利用しつつ、歪みの大きくなる領域に効率良く振動のためのエネルギーを供給することが可能となる。
【0029】
そして、溝部56,57の外形が、基部51の領域において、その端部26,27が内向きとされている。
すなわち、図5に示されているように、基部51の端部領域においては、歪みが大きな領域が曲線状に分布しており、これに適合させて、溝部を延長したことにより端部26,27が内向きに形成されている。これにより、歪みの大きな領域をできるだけ無駄なく活用することができる。
さらに、各溝部56,57の外形が溝部の端部26,27に向かって拡径部24,25によって徐々に幅広くなるようにされている。このため、基部51の端部領域において、面状に拡がる歪みの大きな領域に対応して、このような領域を積極的に利用して振動させる箇所を形成することができる。
【0030】
図6は、本発明の実施形態において、上述した圧電振動片32の溝部構造を採用した圧電デバイスを高さ1.5mの位置から落下させた際に、床等への衝突時に圧電振動片32の各振動腕の根元部にかかる力を計測した結果を示すグラフである。
図示されているように、従来の圧電デバイスと比べると、接合箇所に加わる力が40パーセント程度低減している。
【0031】
図7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およ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、送受信信号の変調およ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コントローラ(CPU)301を備えている。
コントローラ301は、送受信信号の変調およ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であるメモリ303の制御を行うようになっている。このため、コントローラ301には、圧電デバイス30が取り付けられて、その出力周波数をコントローラ301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。このコントローラ301に取付けられる圧電デバイス30は、圧電デバイス30単体でなくても、圧電デバイス30と、所定の分周回路等とを組み合わせた発振器であってもよい。
【0032】
コントローラ301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、コントローラ301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および受信部306に与えられるようになっている。
このように、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を利用することにより、CI値を抑制するができ信頼性の高いデジタル式携帯電話装置300を得ることができる。
【0033】
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、パッケージ内に圧電振動片を収容するものであれば、水晶振動子、水晶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。
さらに、上述の実施形態では、パッケージに水晶材料を使用した箱状のものを利用しているが、このような形態に限らず、金属やセラミックのシリンダー状のケースに圧電振動片を収容するもの等、いかなるパッケージやケースを伴うものについても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の圧電デバイスの実施形態を示す概略平面図。
【図2】図1のB−B線概略断面図。
【図3】図1の圧電振動片の拡大した概略平面図。
【図4】図3のC−C線切断端面図。
【図5】図1の圧電振動片の屈曲振動における歪み領域の分布を示す図。
【図6】従来の圧電デバイスと本発明の実施形態の圧電デバイスの耐衝撃性を比較したグラフ。
【図7】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。
【図8】従来の圧電デバイスを示す概略平面図。
【図9】図8のA−A線切断端面図。
【図10】図8の圧電振動片の屈曲振動における歪み領域の分布を示す図。
【符号の説明】
30・・・圧電デバイス、32・・・圧電振動片 、34,35・・・振動腕、56,57・・・溝部、63,64・・・励振電極(駆動用の電極)
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric vibrating reed, a piezoelectric device in which the piezoelectric vibrating reed is housed in a package, and a mobile phone and an electronic device using the piezoelectric device.
[0002]
[Prior art]
In a small information device such as a hard disk drive (HDD), a mobile computer, or an IC card, or a mobile communication device such as a mobile phone, a car phone, or a paging system, a crystal in which a piezoelectric vibrating piece is housed in a package. Piezoelectric devices such as vibrators and crystal oscillators are widely used.
FIG. 8 is a schematic plan view showing a known configuration example of a piezoelectric vibrating reed used in such a piezoelectric device (see Patent Document 1). FIG. 9 is a sectional view taken along line AA of FIG.
[0003]
In FIG. 8, the piezoelectric vibrating reed 1 is formed by processing a quartz crystal wafer made of, for example, a single crystal of quartz into a tuning fork shape as illustrated by etching.
That is, the piezoelectric vibrating reed 1 is composed of a tuning fork type quartz piece including a base 5 and a pair of vibrating arms 6 and 7 extending in parallel from the base 5.
[0004]
The base 5 of the piezoelectric vibrating reed 1 is fixed to an electrode (not shown) on the package side. As can be understood with reference to FIGS. 8 and 9, grooves 4 and 5 extending in the length direction are formed on the front and back surfaces of the vibrating arms 6 and 7, respectively. Driving electrodes (not shown) are formed in the grooves 4 and 5. Notches 5a and 5b are provided on the outer edge of the base 51 in the width direction near the ends on the vibrating arms 6 and 7 side.
[0005]
In such a piezoelectric vibrating reed 1, a portion of a lead electrode (not shown) provided on the base portion 51 is fixed to a package-side electrode (not shown) with a conductive adhesive or the like, so that the piezoelectric vibrating reed 1 is provided from the package side A driving voltage is applied to the driving electrodes formed in the grooves 4 and 5 via the extraction electrodes.
As a result, the vibrating arms 6 and 7 make the distal ends 6a and 7a approach and separate from each other, and bend and vibrate as shown by arrows in FIG. By extracting a vibration frequency based on such vibration, it is used for various signals such as a control clock signal.
[0006]
[Patent Document 1] JP-A-2002-261575
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the piezoelectric vibrating reed 1 having such a structure bends and vibrates as shown by an arrow in FIG. 8, a strain distribution is generated as shown in FIG.
That is, FIG. 10 is an analysis diagram simulating the distortion generated when the piezoelectric vibrating reed 1 undergoes bending vibration, and the regions where the distortion is larger in the order of reference signs a, b, and c are shown. That is, the region a has the largest distortion, and the region c has the smallest distortion.
[0008]
According to FIG. 10, there is a region with large distortion in the vibrating arms 6 and 7 that bend and vibrate. Therefore, providing a driving electrode in the groove provided in this region requires energy for driving in the region with large distortion. It is preferable because it can be supplied.
However, according to FIG. 10, it is understood that there is an area where a large distortion is generated at the roots of the vibrating arms 6 and 7 close to the crotch 8 between the vibrating arms 6 and 7.
For this reason, when the piezoelectric vibrating reed 1 or a piezoelectric device (not shown) containing the same in a package falls or receives an impact from the outside, the vibrating arms 6 and 7 are displaced, and the vibrating arms are displaced. A large stress acts on the root regions 6 and 7, and the grooves 4 and 5 provided in this region described in FIGS. 8 and 9 may be damaged if the thickness of the walls on both sides sandwiching the groove bottom is small. There is a problem that there is.
[0009]
The present invention uses a piezoelectric vibrating reed having excellent shock resistance, capable of increasing vibration efficiency and suppressing a CI (crystal impedance) value, a piezoelectric device containing the piezoelectric vibrating reed in a package, and a piezoelectric device. It is an object to provide a mobile phone and an electronic device.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric device including a base portion, a base portion, and a plurality of vibrating arms extending in parallel from the base portion. Wherein the groove increases the wall thickness of the wall provided on both sides of the groove bottom corresponding to the region where the distortion during bending vibration of the plurality of vibrating arms increases. This is achieved by a piezoelectric vibrating reed, as described above.
According to the configuration of the first aspect, the groove portion has a wall thickness of a wall portion provided on both sides of the groove bottom portion corresponding to a region where distortion is large when the plurality of vibrating arms of the piezoelectric vibrating piece bends and vibrates. The thickness is increased. Therefore, not only at the time of bending vibration but also when an external impact is applied, a region where the stress is concentrated is structurally strengthened, so that the impact resistance is improved. Further, even if each vibrating arm and the groove portion are lengthened and the vibrating arm is largely shaken during bending vibration, there is no fear of breakage. Alternatively, in order to vibrate in the same manner as in the related art, only a small driving voltage is required, so that a piezoelectric vibrating reed having a low CI value can be realized.
Thus, according to the present invention, it is possible to exhibit an effect that the shock resistance is excellent, the vibration efficiency is increased, and the CI value can be suppressed.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect, the thickness of the wall portion is increased at a root portion which is a base end portion of each of the vibrating arms.
According to the configuration of the second invention, the thickness of the wall portion is increased particularly at the base portion, which is the base end portion of each vibrating arm, so that the portion where stress is concentrated most has a particularly tough structure.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the configuration of the second aspect, the groove provided in each of the vibrating arms is extended in the length direction toward the base and reaches the vibrating arm side end of the base. The thickness of the wall is increased in the region of the root and the base.
According to the configuration of the third aspect, the groove is extended until it reaches the base. This groove is a region where a drive electrode is formed, and a drive electrode can be formed in a base region where a drive electrode has not been formed in the past. It is possible to efficiently supply the energy for vibration to the region where the distortion is large while utilizing.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, in the configuration of the third aspect, the outer shape of each of the groove portions is formed such that an end thereof is inward in the region of the base portion and gradually widens toward an end of the groove portion. It is characterized by having been done.
According to the configuration of the fourth aspect, the outer shape of each of the groove portions is formed such that an end portion thereof is directed inward in the region of the base portion, thereby forming a vibration region corresponding to a strain distribution in the base portion. it can. Furthermore, since the outer shape of each groove is gradually widened toward the end of the groove, such a region is positively used in response to a large strain that spreads in a planar manner at the base. Can be formed to vibrate.
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric device in which a piezoelectric vibrating reed is housed in a case or a package, wherein the piezoelectric vibrating reed is entirely formed of a piezoelectric material. A plurality of vibrating arms extending in parallel from the base portion, a groove portion extending in the length direction is formed in each vibrating arm, corresponding to the region where distortion during bending vibration of the plurality of vibrating arms increases. This is achieved by a piezoelectric device in which the groove is adapted to increase the wall thickness of the wall provided on both sides of the groove bottom.
According to the configuration of the fifth aspect, with respect to the piezoelectric vibrating reed accommodated in the case or the package, the grooves are formed on both sides of the groove bottom corresponding to the region where the distortion increases when the plurality of vibrating arms flex and vibrate. The wall thickness of the provided wall portion is increased. For this reason, not only at the time of bending vibration, but also when an external impact is applied, the region where stress is concentrated is structurally strengthened, and the impact resistance of the piezoelectric device is improved.
[0015]
Further, according to a sixth aspect of the present invention, there is provided a mobile phone device using a piezoelectric device in which a piezoelectric vibrating reed is housed in a package, wherein the piezoelectric vibrating reed is entirely formed of a piezoelectric material, A base and a plurality of vibrating arms extending in parallel from the base are provided, and a groove extending in the length direction is formed in each vibrating arm, and in a region where distortion during bending vibration of the plurality of vibrating arms increases. Correspondingly, the present invention is achieved by a mobile phone device in which the groove portion is configured to obtain a clock signal for control by a piezoelectric device configured to increase a wall thickness of a wall portion provided on both sides of the groove bottom portion. You.
[0016]
Still further, according to a seventh aspect of the present invention, there is provided an electronic apparatus using a piezoelectric device in which a piezoelectric vibrating piece is housed in a package, wherein the piezoelectric vibrating piece is entirely formed of a piezoelectric material, A base and a plurality of vibrating arms extending in parallel from the base are provided, and a groove extending in the length direction is formed in each vibrating arm, and in a region where distortion during bending vibration of the plurality of vibrating arms increases. Correspondingly, the present invention is achieved by an electronic device in which the groove portion is configured to obtain a control clock signal by a piezoelectric device configured to increase the wall thickness of a wall portion provided on both sides of the groove bottom portion. .
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1 and 2 show an embodiment of the piezoelectric device of the present invention. FIG. 1 is a schematic plan view thereof, and FIG. 2 is a schematic sectional view taken along line BB of FIG.
FIGS. 1 and 2 show an example in which the piezoelectric device 30 is configured as a crystal resonator. In the piezoelectric device 30, a piezoelectric vibrating piece 32 is housed in a package 36. The package 36 is formed, for example, by laminating a plurality of substrates formed by molding ceramic green sheets of aluminum oxide as an insulating material, and then sintering. Each of the plurality of substrates is formed with a predetermined hole inside thereof so that when stacked, a predetermined internal space S2 is formed inside when stacked.
This internal space S2 is a housing space for housing the piezoelectric vibrating reed.
That is, as shown in FIG. 2, in this embodiment, the package 36 is formed by, for example, stacking the first laminated substrate 52 and the second laminated substrate 53 from below.
[0018]
An electrode formed by nickel plating and gold plating on a tungsten metallization, for example, is provided on the first laminated substrate 52 which is exposed to the internal space S2 and forms an inner bottom portion near the left end in the drawing in the internal space S2 of the package 36. Parts 31, 31 are provided.
The electrode portions 31 are connected to the outside and supply a drive voltage. A conductive adhesive 43, 43 is applied on each of the electrode portions 31, 31, and a base 51 of the piezoelectric vibrating reed 32 is placed on the conductive adhesive 43, 43, and the conductive adhesive 43 , 43 are cured. In addition, as the conductive adhesives 43, 43, those obtained by adding conductive particles such as silver fine particles to a synthetic resin agent as an adhesive component exhibiting a bonding force can be used. Or polyimide-based conductive adhesive or the like can be used.
Note that the base 51 may be formed with a notch or a recess such as the notches 5a and 5b described in FIG.
[0019]
A lid 39 is joined to the open upper end of the package 36 by using a brazing material 33 to be sealed. The lid body 39 is preferably sealed and fixed to the package 36, and then externally irradiates a laser beam L2 to a metal coating portion (not shown) of the piezoelectric vibrating reed 32 as shown in FIG. In order to adjust the frequency by the reduction method, it is formed of a material that transmits light, particularly, a thin glass plate.
As a glass material suitable for the lid 39, for example, borosilicate glass is used as a thin glass manufactured by a down-draw method.
[0020]
The piezoelectric vibrating reed 32 is formed by etching quartz, and in the case of the present embodiment, the piezoelectric vibrating reed 32 is formed in a small size and is particularly shown in an enlarged manner in FIG. It is shaped. FIG. 4 is a sectional view taken along the line CC of FIG.
In FIG. 3, the piezoelectric vibrating reed 32 is formed by wet etching a crystal wafer cut out of a single crystal of crystal so that the X axis is the electric axis, the Y ′ axis is the mechanical axis, and the Z ′ axis is the optical axis. I have. The piezoelectric vibrating reed 32 includes a base 51 fixed to the package 36 side, and a pair of vibrating arms 34 and 35 which are bifurcated and extend in parallel with the base 51 as a base end. A so-called tuning-fork type piezoelectric vibrating reed having a whole shape like a tuning fork is used.
[0021]
As shown in FIG. 3, a groove 56 and a groove 57 extending in the length direction are provided on the front surface and the back surface of each of the vibrating arms 34 and 35 of the piezoelectric vibrating piece 32.
The vibrating arm 34 is provided with grooves 56, 56 on its front surface and back surface, respectively, and the vibrating arm 35 is provided with grooves 57, 57 on its front surface and back surface, respectively. I have. These grooves can be formed, for example, by etching the quartz wafer to form the outer shape of the piezoelectric vibrating reed 32 and then half-etching the vibrating arm.
[0022]
As shown in FIG. 4, the vibrating arm 34 has a portion 21 that forms the bottom of the groove, and walls that stand on both sides of the portion 21. The structure of the vibrating arm 34 is vertically symmetrical with respect to the center in the thickness direction, as shown in FIG. For this reason, the wall portions 22 and 22 are formed on the upper side and similarly on the lower side with respect to the portion 21 located at the center in the thickness direction. The vibrating arm 35 has the same structure as the vibrating arm 34, and has wall portions 23, 23 formed on the upper side and similarly formed on the lower side with respect to the portion 21 located at the center in the thickness direction. .
[0023]
Further, in FIG. 3, extraction electrodes 58 and 59 are formed near both ends in the width direction of the base 51 of the piezoelectric vibrating reed 32. The extraction electrodes 58 and 59 are similarly formed on the back surface of the base 51 of the piezoelectric vibrating reed 32.
These lead-out electrodes 58 and 59 are portions connected to the package-side electrode portions 31 and 31 shown in FIG. 1 by the conductive adhesives 43 and 43 as described above. The extraction electrodes 58 and 59 are connected to excitation electrodes 63 and 64 (illustrated in FIG. 4 only), which are driving electrodes provided in the grooves 56 and 57 of the respective vibrating arms 34 and 35.
[0024]
That is, as shown in FIG. 4, electrodes are formed in the grooves 56 and 57 of the respective vibrating arms 34 and 35. Specifically, the excitation electrodes 63, 63 are formed in the grooves 56, 56 of the vibrating arm 34, and the excitation electrodes 64, 64 that are paired with the excitation electrodes 63, 63 are formed on both side surfaces of the vibrating arm 34. electrode). On the other hand, excitation electrodes 64, 64 are formed in the grooves 57, 57 of the vibrating arm 35, and excitation electrodes 63, 63, which are paired with the excitation electrodes 64, 64, are formed on both side surfaces of the vibrating arm 35 (side electrodes). Accordingly, the distance between the electrode formed in the groove and the side electrode that forms a pair is short enough to separate the wall of the groove, so that an electric field can be efficiently formed inside the piezoelectric material.
Here, the structure of these electrodes is the same as the main surface of each of the vibrating arms 34 and 35, that is, the upper surface and the lower surface in FIG. The excitation electrodes 63 and 64 on the upper surface in FIG. 4 are front electrodes, and the excitation electrodes 63 and 64 on the lower surface are back electrodes.
[0025]
Next, the characteristic structure of the grooves 56 and 57 of the present embodiment will be described in detail.
FIG. 5 simulates a distribution state of a region where distortion occurs in the piezoelectric vibrating piece 32 when the vibrating arms 34 and 35 bend and vibrate so that their tips 34a and 35a approach and separate as indicated by arrows. The regions are shown in the order of the larger distortions in the order of reference symbols a, b, and c. That is, the region a has the largest distortion, and the region c has the smallest distortion.
According to FIG. 5, regarding the vibrating arms 34 and 35, the area a and the area b are extended from the position of the base R1 to the ends 34a and 35a over the range of L1. Further, in addition to the range of L1, the a region and the b region are also distributed at the end of the base 51 on the side of the vibrating arm. When this range is included, the range of L2 is a region with large distortion.
[0026]
Therefore, as shown in FIG. 3, in this embodiment, the thicknesses of the walls 22, 22, 23, 23 of the grooves 56, 57 of the vibrating arms 34, 35 are set to be thicker than other portions. It is composed. Moreover, preferably, the thickness of these wall portions is gradually increased toward the root portions R1 of the vibrating arms 34 and 35, so that the distribution mode of the strain distribution region in FIG. Have been.
[0027]
For this reason, not only at the time of bending vibration of the vibrating arms 34 and 35, but also at the time of external impact, a region where stress is concentrated is structurally strengthened, so that impact resistance is improved. Further, even if each vibrating arm and the groove portion are lengthened and the vibrating arm is largely shaken during bending vibration, there is no fear of breakage. Further, for example, in order to vibrate in the same manner as in the related art, only a small driving voltage is required, so that a piezoelectric vibrating reed having a low CI value can be realized.
In particular, at the root portion R1, which is the base end portion of each of the vibrating arms 34, 35, the thickness of the above-described wall portions 22, 22, 23, 23 is increased, so that a portion where stress is concentrated most has a particularly tough structure.
[0028]
Further, as shown in FIG. 3, the grooves 56, 57 provided in the respective vibrating arms 34, 35 are extended in the length direction toward the base 51, and include the above-described range of L2. 51 is extended to a vibrating arm side end (hereinafter, referred to as “end region”). For this reason, the driving electrode can be formed in the region of the base 51 where the driving electrode has not been formed conventionally, and the region where the distortion is large while using the region not conventionally used is used. Energy for vibration can be efficiently supplied to the motor.
[0029]
The outer shapes of the grooves 56 and 57 are such that the ends 26 and 27 are inwardly directed in the region of the base 51.
That is, as shown in FIG. 5, in the end region of the base portion 51, a region having a large distortion is distributed in a curved shape, and the end portion 26, 27 are formed inward. This makes it possible to utilize a region having a large distortion as much as possible without waste.
Further, the outer shape of each of the grooves 56 and 57 is gradually widened toward the ends 26 and 27 of the grooves by the enlarged diameter portions 24 and 25. For this reason, in the end region of the base portion 51, a portion that vibrates by positively utilizing such a region can be formed corresponding to a region having a large strain that spreads in a plane.
[0030]
FIG. 6 is a view showing a state in which the piezoelectric vibrating piece 32 adopting the groove structure of the piezoelectric vibrating piece 32 is dropped from a position having a height of 1.5 m in the embodiment of the present invention, and the piezoelectric vibrating piece 32 7 is a graph showing the results of measuring the force applied to the root of each vibrating arm.
As shown, the force applied to the joint is reduced by about 40% as compared with the conventional piezoelectric device.
[0031]
FIG. 7 is a diagram illustrating a schematic configuration of a digital mobile phone device as an example of an electronic apparatus using the piezoelectric device according to the embodiment of the present invention.
In the figure, a microphone 308 for receiving the voice of the sender and a speaker 309 for outputting the received content as a voice output are provided. Controller (CPU) 301.
The controller 301 is an information input / output unit 302 including an LCD as an image display unit and operation keys for inputting information, and a memory as an information storage unit including a RAM and a ROM, in addition to modulation and demodulation of transmission / reception signals. Control 303 is performed. For this reason, the piezoelectric device 30 is attached to the controller 301, and its output frequency is used as a clock signal suitable for the control content by a predetermined frequency dividing circuit (not shown) or the like built in the controller 301. Has been. The piezoelectric device 30 attached to the controller 301 is not limited to the piezoelectric device 30 alone, but may be an oscillator combining the piezoelectric device 30 with a predetermined frequency dividing circuit or the like.
[0032]
The controller 301 is further connected to a temperature-compensated crystal oscillator (TCXO) 305, and the temperature-compensated crystal oscillator 305 is connected to a transmitting unit 307 and a receiving unit 306. Thus, even if the basic clock from the controller 301 fluctuates when the environmental temperature changes, it is corrected by the temperature-compensated crystal oscillator 305 and provided to the transmission unit 307 and the reception unit 306.
As described above, by using the piezoelectric device 30 according to the above-described embodiment in an electronic device such as the digital mobile phone device 300, the digital mobile phone device 300 that can suppress the CI value and has high reliability can be provided. Obtainable.
[0033]
The invention is not limited to the embodiments described above. Each configuration of each embodiment can be appropriately combined or omitted, and can be combined with another configuration not shown.
Further, the present invention can be applied to all piezoelectric devices irrespective of the names of a crystal oscillator, a crystal oscillator, and the like as long as the piezoelectric vibrating reed is housed in a package.
Furthermore, in the above-described embodiment, a box-shaped package using a quartz material is used for the package. However, the present invention is not limited to such a configuration, and a piezoelectric vibrating reed is accommodated in a metal or ceramic cylindrical case. For example, the present invention can be applied to a device with any package or case.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view showing an embodiment of a piezoelectric device of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view taken along the line BB of FIG. 1;
FIG. 3 is an enlarged schematic plan view of the piezoelectric vibrating reed of FIG. 1;
FIG. 4 is a sectional view taken along the line CC of FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram showing a distribution of a distortion region in bending vibration of the piezoelectric vibrating reed of FIG. 1;
FIG. 6 is a graph comparing impact resistance of a conventional piezoelectric device and a piezoelectric device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a digital mobile phone device as an example of an electronic apparatus using a piezoelectric device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic plan view showing a conventional piezoelectric device.
FIG. 9 is a sectional view taken along line AA of FIG. 8;
FIG. 10 is a view showing a distribution of a distortion region in bending vibration of the piezoelectric vibrating reed of FIG. 8;
[Explanation of symbols]
Reference numeral 30: piezoelectric device, 32: piezoelectric vibrating piece, 34, 35: vibrating arm, 56, 57: groove, 63, 64: excitation electrode (drive electrode)

Claims (7)

全体が圧電材料により形成され、基部と、この基部から平行に延びる複数の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝部が形成されている圧電振動片であって、
前記複数の振動腕の屈曲振動の際の歪みが大きくなる領域に対応して、前記溝部が、溝底部の両側に設けられる壁部の壁厚みを厚くするようにされている
ことを特徴とする、圧電振動片。
A piezoelectric vibrating reed formed entirely of a piezoelectric material, including a base and a plurality of vibrating arms extending in parallel from the base, and a groove extending in the length direction is formed on each vibrating arm,
The groove portion is configured to increase a wall thickness of a wall portion provided on both sides of a groove bottom portion corresponding to a region where distortion during bending vibration of the plurality of vibrating arms increases. , Piezoelectric vibrating reed.
前記各振動腕の基端部である根元部分において、前記壁部の厚みが厚くなるように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。The piezoelectric vibrating reed according to claim 1, wherein a thickness of the wall portion is increased at a root portion that is a base end portion of each of the vibrating arms. 前記各振動腕に設けられる前記溝部が前記基部に向かって長さ方向に延長されて、前記基部の前記振動腕側端部に到達するようにされており、前記根元部と基部の領域において、前記壁部の厚みが厚くなるようにされていることを特徴とする請求項2に記載の圧電振動片。The groove provided in each of the vibrating arms is extended in the length direction toward the base, so as to reach the vibrating arm side end of the base, in the region of the root and the base, The piezoelectric vibrating reed according to claim 2, wherein a thickness of the wall portion is increased. 前記各溝部の外形が、前記基部の領域において、その端部が内向きとされ、かつ溝部の端部に向かって徐々に幅広くなるように形成されていることを特徴とする請求項3に記載の圧電振動片。The external shape of each said groove part is formed so that the edge part may become inward in the area | region of the said base part, and may become gradually wide toward the edge part of a groove part, The claim 4 characterized by the above-mentioned. Piezoelectric vibrating reed. ケースまたはパッケージ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、
全体が圧電材料により形成され、基部と、この基部から平行に延びる複数の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝部が形成されており、
前記複数の振動腕の屈曲振動の際の歪みが大きくなる領域に対応して、前記溝部が、溝底部の両側に設けられる壁部の壁厚みを厚くするようにされている
ことを特徴とする、圧電デバイス。
A piezoelectric device containing a piezoelectric vibrating reed in a case or a package,
The piezoelectric vibrating reed,
The whole is formed of a piezoelectric material, and includes a base and a plurality of vibrating arms extending in parallel from the base, and a groove extending in the length direction is formed in each vibrating arm,
The groove portion is configured to increase a wall thickness of a wall portion provided on both sides of a groove bottom portion corresponding to a region where distortion during bending vibration of the plurality of vibrating arms increases. , Piezoelectric devices.
パッケージ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、
全体が圧電材料により形成され、基部と、この基部から平行に延びる複数の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝部が形成されており、
前記複数の振動腕の屈曲振動の際の歪みが大きくなる領域に対応して、前記溝部が、溝底部の両側に設けられる壁部の壁厚みを厚くするようにされ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。
A mobile phone device using a piezoelectric device containing a piezoelectric vibrating reed in a package,
The piezoelectric vibrating reed,
The whole is formed of a piezoelectric material, and includes a base and a plurality of vibrating arms extending in parallel from the base, and a groove extending in the length direction is formed in each vibrating arm,
The groove is controlled by a piezoelectric device in which the wall thickness of the wall provided on both sides of the groove bottom is increased in accordance with an area where distortion during bending vibration of the plurality of vibrating arms is increased. A mobile phone device for obtaining a clock signal for use.
パッケージ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、
全体が圧電材料により形成され、基部と、この基部から平行に延びる複数の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝部が形成されており、
前記複数の振動腕の屈曲振動の際の歪みが大きくなる領域に対応して、前記溝部が、溝底部の両側に設けられる壁部の壁厚みを厚くするようにされ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。
An electronic device using a piezoelectric device containing a piezoelectric vibrating piece in a package,
The piezoelectric vibrating reed,
The whole is formed of a piezoelectric material, and includes a base and a plurality of vibrating arms extending in parallel from the base, and a groove extending in the length direction is formed in each vibrating arm,
The groove is controlled by a piezoelectric device in which the wall thickness of the wall provided on both sides of the groove bottom is increased in accordance with an area where distortion during bending vibration of the plurality of vibrating arms is increased. An electronic device characterized in that a clock signal for use is obtained.
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