JP2017158146A - 水晶振動子 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明では、副振動と主振動との結合を抑え、ＣＩ値が低く抑えられた水晶振動子を提供する。【解決手段】水晶振動子（１００ｂ）は、水晶の結晶軸であるＺ軸を中心にして水晶の結晶軸であるＸ軸を１５度から２５度の範囲で回転したＸ’軸及びＸ’軸を中心にしてＺ軸を３３度から３５度の範囲で回転したＺ’軸に平行な主面を有する平板状の水晶片（１１０ｂ）と、水晶片の各主面に形成される励振電極（１２０ｂ）と、を有する。また、各励振電極は楕円形状に形成され、楕円形状の長軸が、Ｘ’軸が伸びる方向に対して−５度から＋１５度の範囲の方向に伸びる。【選択図】図４

Description

本発明は、２回回転カットの水晶片が用いられた水晶振動子に関する。

水晶を結晶軸であるＺ軸を中心にして水晶の結晶軸であるＸ軸をφ度回転したＸ’軸及びＸ’軸を中心にしてＺ軸をθ度回転したＺ’軸に平行に切断して形成される２回回転カットの水晶片が用いられた２回回転水晶振動子が知られている。例えば特許文献１では、例えばφが約２２度であり、θが約３４度であるＳＣカットの水晶振動子が示されている。このような２回回転水晶振動子はＡＴカット水晶振動子に比べて熱衝撃特性が良好であり８０℃前後の比較的高温でゼロ温度係数を示すため、例えば８０℃程度の一定温度に加熱した恒温槽に収納して安定度の高い水晶発振器として使用される。

特開平５−２４３８９０号公報

しかし、特許文献１に示されるような２回回転振動子では、輪郭系、屈曲系の副振動が主振動に結合して温度変化による急峻な周波数変化及びクリスタルインピーダンス（ＣＩ）の変化を生じやすいという問題があった。また、２回回転水晶振動子とＡＴカットの水晶振動子とは互いに振動モードが異なるため、２回回転水晶振動子にＡＴカットの水晶振動子の技術をそのまま用いて副振動を抑えることも難しい。

そこで、本発明では、副振動と主振動との結合を抑え、ＣＩ値が低く抑えられた水晶振動子を提供することを目的とする。

第１観点の水晶振動子は、水晶の結晶軸であるＺ軸を中心にして水晶の結晶軸であるＸ軸を１５度から２５度の範囲で回転したＸ’軸及びＸ’軸を中心にしてＺ軸を３３度から３５度の範囲で回転したＺ’軸に平行な主面を有する平板状の水晶片と、水晶片の各主面に形成される励振電極と、を有する。また、各励振電極は楕円形状に形成され、楕円形状の長軸が、Ｘ’軸が伸びる方向に対して−５度から＋１５度の範囲の方向に伸びる。

第２観点の水晶振動子は、水晶の結晶軸であるＺ軸を中心にして水晶の結晶軸であるＸ軸を１５度から２５度の範囲で回転したＸ’軸及びＸ’軸を中心にしてＺ軸を３３度から３５度の範囲で回転したＺ’軸に平行な主面を有する平板状の水晶片と、水晶片の主面に形成される励振電極と、を有する。また、各励振電極は楕円形状に形成され、楕円形状の長軸が、Ｚ’軸が伸びる方向に対して±５度の範囲の方向に伸びる。

第３観点の水晶振動子は、第１観点及び第２観点において、水晶片が、1本の対角線がＺ′軸に対し±１０°の範囲にある正方形若しくは長方形、又は1つの辺が前記Ｚ′軸に対し±１０°の範囲にある正方形若しくは長方形に形成される（ただし、正方形、長方形とは、水晶片の角部がＲ状等の略正方形、略長方形も含む）。なお、ここで±１０°と述べている理由は、この範囲であれば本発明でいう励振電極を特定の位置で配置した上で、さらに、水晶片を支持する際の影響を低減できかつ水晶片の加工が容易な水晶片を選択できる。

第４観点の水晶振動子は、第１観点から第３観点において、長軸と楕円形状の短軸との比が、１．１：１から２．０：１の範囲である。

第５観点の水晶振動子は、水晶の結晶軸であるＺ軸を中心にして水晶の結晶軸であるＸ軸を１５度から２５度の範囲で回転したＸ’軸及びＸ’軸を中心にしてＺ軸を３３度から３５度の範囲で回転したＺ’軸に平行な主面を有する平板状の水晶片と、水晶片の主面に形成される励振電極と、を有する。各励振電極は、Ｘ’軸が伸びる方向に対して−５度から＋１５度の範囲の方向に長軸が伸びる第１楕円形状と、Ｚ’軸が伸びる方向に対して±５度の範囲の方向に長軸が伸びる第２楕円形状と、が合成された形状に形成される。

第６観点の水晶振動子は、第５観点において、第１楕円形状の長軸と短軸との比が、１．１：１から２．０：１の範囲であり、第２楕円形状の長軸と短軸との比が、１．１：１から２．０：１の範囲である。

第７観点の水晶振動子は、第１観点から第６観点において、水晶片が所定の周波数で振動し、励振電極が、厚さが一定である中央部と中央部の周囲に形成され内周側から外周側にかけて厚さが薄くなる傾斜部とを含み、傾斜部の内周側と外周側との幅が水晶片の不要振動の波長の１／２よりも長い。

第８観点の水晶振動子は、第１観点から第７観点において、励振電極の厚さが水晶片の厚さの０．０３％から０．１８％の間である。

本発明の水晶振動子によれば、副振動と主振動との結合を抑え、ＣＩ値が低く抑えることができる。

２回回転カットの水晶片１１０の説明図である。 （ａ）は、水晶振動子１００の平面図である。 （ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 （ａ）は、水晶振動子２００ａの平面図である。 （ｂ）は、水晶振動子２００ｂの平面図である。 （ａ）は、水晶振動子１００ａの概略平面図である。 （ｂ）は、水晶振動子１００ｂの概略平面図である。 （ａ）は、励振電極３２０の平面図である。 （ｂ）は、水晶振動子３００ａの平面図である。 （ｃ）は、水晶振動子３００ｂの平面図である。 （ａ）は、水晶振動子４００の平面図である。 （ｂ）は、図６（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 （ｃ）は、不要振動の波長と周波数との関係を示したグラフである。 （ａ）は、傾斜長さが０μｍの場合におけるＣＩ値の温度変化が示されたグラフである。 （ｂ）は、傾斜長さが５０μｍの場合におけるＣＩ値の温度変化が示されたグラフである。 （ｃ）は、傾斜長さが５５μｍの場合におけるＣＩ値の温度変化が示されたグラフである。 （ｄ）は、傾斜長さが４００μｍの場合におけるＣＩ値の温度変化が示されたグラフである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

（第１実施形態）
＜水晶振動子１００の構成＞
図１は、２回回転カットの水晶片１１０の説明図である。図１では、水晶の結晶軸がＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸として表されている。２回回転カットの水晶片１１０は、水晶の結晶軸であるＺ軸を中心にして水晶の結晶軸であるＸ軸をφ度回転したＸ’軸、及びＸ’軸を中心にしてＺ軸をθ度回転したＺ’軸に平行に水晶が切断されることにより形成される。そのため、２回回転カットの水晶片１１０は、Ｘ’Ｚ’面が主面となるように形成される。また、図１では、Ｘ’軸及びＺ’軸に垂直なＹ’軸が示されている。

図１に示されるような２回回転カットの水晶片は、φが約２２度でありθが約３４度であるＳＣカットの水晶片、φが約１９度でありθが約３４度であるＩＴカットの水晶片、及びφが約１５度でありθが３４．３３であるＦＣカットの水晶片等が知られている。これらの水晶片はφが１５度から２５度の間でありθが３３度から３５度の間であり、以下の説明では、φが１５度から２５度の間でありθが３３度から３５度の間である２回回転カットの水晶片が用いられているとして説明する。

図２（ａ）は、水晶振動子１００の平面図である。水晶振動子１００は、水晶片１１０と、励振電極１２０と、を有している。水晶片１１０は長辺がＺ’軸方向に伸び、短辺がＸ’軸方向に伸びる長方形の平板状に形成されている。角板状の水晶振動子は形状を整えることが容易であり、製造コストを低く抑えることができるため好ましい。

水晶片１１０の主面表裏（＋Ｙ’軸側及び−Ｙ’軸側の各面）にはそれぞれ励振電極１２０が形成されている。各励振電極１２０は同形状でありＹ’軸方向に互いに重なるように形成されている。励振電極１２０は長軸がＺ’軸方向に伸び、短軸がＸ’軸方向に伸びる長方形状に形成されており、励振電極１２０からは、水晶片１１０の＋Ｚ’軸側の辺の両端にそれぞれ引出電極１２１が引き出されている。

従来、水晶振動子の小型化に伴って水晶片の角板化が進んでいたが、電気定数の良化を目的として励振電極の面積を広く取るために励振電極の形状を角型に形成していた。しかし角型の励振電極では屈曲系の副振動と水晶片の端面からの反射波がカップリングし易く、ＣＩ値の変動及び増加の原因ともなっていた。これに対して、励振電極が円形に形成される場合には、水晶片の端面からの反射波を抑えることができ、カップリングを防ぐことができるため、ＣＩ値の変動及び増加を防ぐことができる。さらに、励振電極が楕円形状に形成される場合には、励振電極の面積を広くして電気定数の良化を図ると共に円形状の励振電極と同様にＣＩ値の変動及び増加を防ぐことができるため好ましい。

また、長軸の長さＺＡが短軸の長さＸＡの１．１倍から２．０倍の範囲である場合には、ＣＩ値の変動及び増加が抑えられる傾向にあるため好ましい。長軸の長さＺＡが短軸の長さＸＡの１．１倍より小さい場合には円形状に近くなるため励振電極の面積を広く取ることができず、長軸の長さＺＡが短軸の長さＸＡの２．０倍より大きい場合には円形状の励振電極に見られるようなＣＩ値の変動及び増加を防ぐことができる効果が弱くなると考えられる。

図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。水晶片１１０の厚さをＹＡとし、各励振電極１２０の厚さをＹＢとする。水晶振動子の発振周波数は水晶片の厚さに反比例するため、厚さＹＡは水晶振動子１００の発振周波数に応じて決められる。また、厚さＹＢは７００Åから２５００Åの間に形成されることが好ましく、特に１２００Åから１６００Åの間の厚さに形成されることが好ましい。励振電極は薄すぎると電極として機能せず主振動を閉じ込めることができなくなり、厚すぎると電極の質量が増すことによりＣＩ値の増大及びＣＩ値の変動を招くことになるため、これらを考慮して最適な範囲に調整される。また、厚さＹＡと厚さＹＢとの間には好ましい関係があり、厚さＹＢが厚さＹＡの０．０３％から０．１８％の間の値を取る場合にＣＩ値の変動が少なく、好ましい。

＜水晶振動子２００ａ及び水晶振動子２００ｂの構成＞
図３（ａ）は、水晶振動子２００ａの平面図である。水晶振動子２００ａは、正方形状の平面を有する水晶片２１０と、水晶片２１０の両主面に形成される励振電極１２０と、各励振電極１２０から引き出される引出電極２２１ａと、を有している。水晶片１１０（図２（ａ）参照）は長方形状に形成されていたが、短辺及び長辺の長さが等しい正方形状に形成されても形状を整えることが容易であり製造コストを低く抑えることができるため好ましい。水晶片２１０は、Ｚ’軸に平行な１本の対角線２１１を有しており、励振電極１２０の長軸が対角線２１１に沿うように形成されている。励振電極の面積は大きいほど電気定数が安定するため好ましいが、励振電極１２０が対角線２１１に沿って形成されることにより、決められた大きさの水晶片２１０において励振電極１２０の面積の大きさが大きくなるように形成することができるため好ましい。また、水晶振動子２００ａでは、引出電極２２１ａが水晶片２１０の＋Ｘ’軸側及び−Ｘ’軸側の水晶片２１０の対角線上の角にそれぞれ引き出されている。

図３（ｂ）は、水晶振動子２００ｂの平面図である。水晶振動子２００ｂは、正方形状の平面を有する水晶片２１０と、水晶片２１０の両主面に形成される励振電極１２０と、各励振電極１２０から引き出される引出電極２２１ｂと、を有している。引出電極２２１ｂは励振電極１２０の＋Ｚ’軸側及び−Ｚ’軸側の水晶片２１０の角に引き出されている。

図３（ａ）、（ｂ）いずれの場合も、水晶片の対角線の角部で水晶片を保持しているので、水晶片を安定して保持出来る。ただし、保持位置はこれに限られない。また、図３（ａ）、（ｂ）の例では水晶片の対角線がＺ′軸に平行になり、従って、水晶片の角部がＺ′軸やＸ軸上に位置する例を示したが、支持の影響等を考慮して、水晶片の対角線がＺ′軸に対し非平行かつ±１０度の範囲の好適な位置関係、すなわち、水晶片の角部がＺ′軸やＸ軸から所定角度ずれた線上に位置する場合もある。

図４（ａ）は、水晶振動子１００ａの概略平面図である。水晶振動子１００ａは、水晶片１１０ａと励振電極１２０ａとを有している。水晶振動子１００ａにはその他にも引出電極等が形成されるが、図４（ａ）では、水晶片１１０ａと励振電極１２０ａのみが示されている。励振電極１２０ａは長軸がＺ’軸方向に伸びる楕円形状に形成されており、水晶片１１０ａは長辺がＺ’軸方向に伸びる長方形状に形成されている。

励振電極の形状は楕円形状が好ましいが、励振電極の長軸がＺ’軸方向に伸びる場合にはＺ’軸方向に伝わる副振動である屈曲振動を抑えることができ、これによってＣＩ値の上昇を抑えることができるため好ましい。また、励振電極１２０ａの長軸の伸びる方向は、Ｚ’軸から反時計回りの方向の回転の角度をα１、Ｚ’軸から時計回りの方向の回転の角度をα２とすると、α１及びα２が５度の範囲内の方向であれば屈曲振動を抑えることができるという効果を得やすい。すなわち、反時計回りの方向をプラス方向、時計回りの方向をマイナス方向とすると、励振電極の長軸が、Ｚ’軸が伸びる方向に対して±５度の範囲の方向に伸びる場合に好ましい。

図４（ｂ）は、水晶振動子１００ｂの概略平面図である。水晶振動子１００ｂは、水晶片１１０ｂと励振電極１２０ｂとを有している。水晶振動子１００ｂにはその他にも引出電極等が形成されるが、図５（ｂ）では、水晶片１１０ｂ及び励振電極１２０ｂのみが示されている。励振電極１２０ｂは長軸がＸ’軸方向に伸びる楕円形状に形成されており、水晶片１１０ｂは長辺がＸ’軸方向に伸びる長方形状に形成されている。

励振電極１２０ｂのように励振電極の長軸がＸ’軸方向に伸びる場合には、水晶振動子１００ｂの副振動の端面反射を抑えることができるため、ＣＩ値の上昇を抑えることができる。また、水晶片のＸ′軸に対し励振電極の長軸が−５度から＋１５度の範囲、すなわち図４（ｂ）においてβ１が−５度、β２が＋１５度の範囲に伸びる場合にはＣＩ値の上昇を抑えることができる。

なお、図４（ａ）、（ｂ）の例では水晶片の１つの辺がＺ′軸又はＸ軸に平行になる例を示し、具体的には、図４（ａ）の例では長方形状の水晶片の１つの長辺がＺ′軸に平行な例、図４（ｂ）の例では長方形状の水晶片の１つの短辺がＺ′軸に平行な例を示した。しかし、支持の影響等を考慮して、水晶片の１つの辺がＺ′軸に対し非平行かつ±１０度の範囲の好適な位置関係、すなわち、水晶片の角部がＺ′軸やＸ軸から所定角度ずれた線上に位置する場合もある。

図５（ａ）は、励振電極３２０の平面図である。励振電極３２０は、図４（ａ）に示される励振電極１２０ａと、図４（ｂ）に示される励振電極１２０ｂとを互いの中心を合わせて重ね合わせた形状に形成されている。励振電極１２０ａの長軸の長さをＺＢ、短軸の長さをＸＢ、励振電極１２０ｂの長軸の長さをＸＣ、短軸の長さをＺＣ、とすると、図２（ａ）に示される励振電極１２０と同様に、励振電極１２０ａの長軸の長さＺＢは短軸の長さＸＢの１．１倍から２．０倍の範囲となり、励振電極１２０ｂの長軸の長さＸＣは短軸の長さＺＣの１．１倍から２．０倍の範囲となるように励振電極３２０が形成されている。励振電極１２０ａと励振電極１２０ｂとの短軸同士及び長軸同士の長さは、同じであっても異なっていても良い。

励振電極１２０ａのように長軸がＺ’軸に平行である場合にはＺ’軸方向に伝わる副振動である屈曲振動を抑えることができ、励振電極１２０ｂのように長軸がＸ’軸に平行である場合には副振動の端面反射を抑えることができる。励振電極３２０は、Ｚ’軸方向に長軸が伸びる楕円形状とＸ’軸方向に長軸が伸びる楕円形状とが合成された形状に形成されることにより、励振電極１２０ａと励振電極１２０ｂとの特徴を併せ持っている。

図５（ｂ）は、水晶振動子３００ａの平面図である。水晶振動子３００ａは、水晶片３１０ａと、水晶片３１０ａの両主面に形成される励振電極３２０と、各励振電極３２０からそれぞれ引き出される引出電極３２１ａと、を有している。図５（ｂ）では、長さＺＢと長さＸＣとが同じ長さであり、水晶片３１０ａが正方形の平面を有しており、水晶片３１０ａの各辺がＺ’軸又はＸ’軸に平行となるように形成されている場合の例が示されている。また、引出電極３２１ａは、水晶片３１０ａの対角線上である水晶片３１０ａの＋Ｘ’軸側の−Ｚ’軸側の角及び−Ｘ’軸側の＋Ｚ’軸側の角に励振電極３２０からそれぞれ引き出されている。

水晶振動子３００ａでは、水晶片３１０ａの各辺が励振電極１２０ａ及び励振電極１２０ｂの長軸に沿うようにＸ’軸及びＺ’軸に伸びるように形成されることにより、励振電極３２０の面積を広く形成することができるため好ましい。

図５（ｃ）は、水晶振動子３００ｂの平面図である。水晶振動子３００ｂは、水晶片３１０ｂと、水晶片３１０ｂの両主面に形成される励振電極３２０と、各励振電極３２０からそれぞれ引き出される引出電極３２１ｂと、を有している。図５（ｃ）では、長さＺＢと長さＸＣとが同じ長さであり、水晶片３１０ｂが正方形の平面を有しており、水晶片３１０ｂの対角線がＺ’軸及びＸ’軸に平行となるように形成されている。また、引出電極３２１ｂは、励振電極３２０から水晶片３１０ｂの＋Ｚ’軸側の角及び−Ｚ’軸側の角にそれぞれ引き出されている。

なお、この図５（ｂ）の例では水晶片の１つの辺がＺ′軸に平行になる例を示し、図５（ｃ）の例では水晶片の対角線がＺ′軸に平行になる例を示したが、支持の影響等を考慮して、水晶片の１つの辺や対角線がＺ′軸に対し非平行かつ±１０度の範囲の好適な位置にする場合もある。

水晶振動子３００ｂでは、水晶片３１０ｂの対角線がＺ’軸又はＸ’軸に平行に形成されている。これにより、励振電極の面積を広く形成することができるため好ましい。

（第２実施形態）
励振電極の周囲に表面が傾いている傾斜部が形成されることによっても、屈曲振動や反射波を抑制することができる。以下に、傾斜部が形成された水晶振動子について説明する。

＜水晶振動子４００の構成＞
図６（ａ）は、水晶振動子４００の平面図である。水晶振動子４００は、水晶片１１０と、励振電極４２０と、引出電極１２１と、を有している。励振電極４２０は図２（ａ）に示される励振電極１２０と同じ楕円形状に形成されており、厚さが一定である中央部４２０ａと中央部４２０ａの周囲に形成され内周側から外周側にかけて厚さが薄くなる傾斜部４２０ｂとを有している。図６（ａ）では、励振電極４２０の点線の内側が中央部４２０ａであり、点線の外側が傾斜部４２０ｂとして示されている。

図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。励振電極４２０は、中央部４２０ａの厚さがＹＢに形成され、傾斜部４２０ｂでは内周側から外周側にかけての長さ（傾斜長さ）が長さＺＤの範囲で厚さが薄くなるように形成されている。励振電極４２０では、傾斜部４２０ｂの長さＺＤが不要振動の波長の１／２よりも大きい場合に不要振動の発生を抑えＣＩ値を低減することができる。この理由は、水晶片の端面からの反射波等の不要振動が傾斜部において減衰されるためではないかと考えている。

図６（ｃ）は、不要振動の波長と周波数との関係を示したグラフである。図６（ｃ）では、横軸に水晶振動子の周波数（ＭＨｚ）が示され、縦軸に不要振動の波長（μｍ）が示されている。また、縦軸の目盛は、５０μｍ間隔で付されている。主振動に伴って発生する不要振動には、屈曲振動、輪郭すべり振動、伸長振動等の様々な振動がある。図６（ｃ）には、一点鎖線で屈曲振動が示され、実線で輪郭すべり振動が示され、点線で伸長振動が示されている。

２回回転水晶振動子では、不要振動のなかで屈曲振動が最もＣＩ値に影響を及ぼすため、屈曲振動を抑えることがＣＩ値の低減のために重要になる。例えば、水晶振動子の発振周波数が２０ＭＨｚである場合に屈曲振動が１６２．０μｍの波長を有するとすると、長さＺＤを屈曲振動の波長の半分である８１．０μｍ以上とすれば、屈曲振動の発生を大きく抑えることができる。また、輪郭すべり振動及び伸長振動等の他の不要振動も、それらの波長が屈曲振動の波長が近いため、屈曲振動のための上記傾斜部により抑制できる。

＜傾斜長さについて＞
Ａｍｍ角の水晶片に厚さが１４００Åであり直径が０．６Ａｍｍの励振電極を形成し、２０ＭＨｚで発振させた場合に、傾斜長さを変えてＣＩ値と温度との関係を測定して求めた結果を以下に示す。

図７（ａ）は、傾斜長さが０μｍの場合におけるＣＩ値の温度変化が示されたグラフである。横軸には水晶振動子の温度が示され、縦軸にはＣＩ値が示されている。ただし、図７の各図では各実験において目安となる共通な基準のＣＩ値をＲと表記し、図７（ａ）ではＲに対し１００Ωずつの目盛を付してＣＩを説明している。図７（ａ）では、９つの水晶振動子のＣＩ値の温度変化が示されている。図７（ａ）の各水晶振動子は、励振電極が形成され、傾斜長さが０μｍに形成されている。すなわち、図７（ａ）では傾斜部が形成されていない状態である。

図７（ａ）では、水晶振動片によってＣＩ値の温度変化の傾向が大きく異なり、ＣＩ値が安定していないことが分かる。例えば、２回回転水晶振動子が用いられると考えられる温度である８０℃において、最も低いＣＩ値は約（Ｒ＋５０）Ωであり、最も高いＣＩ値は約（Ｒ＋８５０）Ωである。すなわち、図７（ａ）の水晶振動子では、８０℃において約８００Ωの変動が生じている。

図７（ｂ）は、傾斜長さが５０μｍの場合におけるＣＩ値の温度変化が示されたグラフである。図７（ｂ）では３つの水晶振動子についてＣＩ値の温度変化が示されており、縦軸には５０Ω間隔で目盛が付されている。各水晶振動子の励振電極の傾斜長さは５０μｍである。図７（ｂ）では、ＣＩ値が概ね（Ｒ−１００）ΩからＲΩの範囲内に収まっている。特に２回回転水晶振動子で使用されると考えられる８０℃の温度において、最も低いＣＩ値は（Ｒ−７７．９４）Ωであり、最も高いＣＩ値は（Ｒ−５８．８９）Ωである。すなわち、図７（ｂ）の水晶振動子では、８０℃において１８．０５Ωの変動が生じている。これらの結果は、図７（ａ）に示される水晶振動子と比べた場合に、傾斜部を形成することによりＣＩ値が大きく低下すると共に安定することを示している。

図７（ｃ）は、傾斜長さが５５μｍの場合におけるＣＩ値の温度変化が示されたグラフである。図７（ｃ）では、７つの水晶振動子についてＣＩ値の温度変化が示されており、縦軸には５０Ω間隔で目盛が付されている。図７（ｃ）に示されている各水晶振動子の励振電極の傾斜長さは５５μｍである。すなわち、図７（ｂ）の水晶振動子とは、傾斜長さが異なっている。図７（ｃ）では、ＣＩ値が概ね（Ｒ−１５０）Ωから（Ｒ−１００）Ωの範囲内に収まっている。特に２回回転水晶振動子で使用されると考えられる８０℃の温度において、最も低いＣＩ値は（Ｒ−１４０．１１）Ωであり、最も高いＣＩ値は（Ｒ−１２０．２３）Ωである。すなわち、図７（ｃ）の水晶振動子では、８０℃において１９．８８Ωの変動が生じている。

図７（ｃ）の水晶振動子は図７（ｂ）の水晶振動子と同様に図７（ａ）の水晶振動子に比べて傾斜部を形成することによりＣＩ値が大きく低下すると共に安定することを示している。また、図７（ｃ）の水晶振動子は図７（ｂ）の水晶振動子に比べてＣＩ値が全体的に５０Ω前後低下しているように見える。この結果は、図７（ｃ）の水晶振動子が図７（ｂ）の水晶振動子よりも傾斜長さが長いことに起因していると考えられる。さらに、傾斜長さが５μｍ違うだけでＣＩ値が５０Ω近く低下したのは、図７（ｂ）及び図７（ｃ）では２０ＭＨｚでは屈曲振動の波長の１／２である８１．０μｍよりも傾斜長さが短いため屈曲振動が十分に抑えられておらず、僅かな傾斜長さの違いにより抑えられる屈曲振動が大きく異なってくるためであると考えられる。

図７（ｄ）は、傾斜長さが４００μｍの場合におけるＣＩ値の温度変化が示されたグラフである。図７（ｄ）では、６つの水晶振動子についてＣＩ値の温度変化が示されており、縦軸には５０Ω間隔で目盛が付されている。図７（ｄ）に示されている各水晶振動子は、傾斜長さは４００μｍである。図７（ｄ）では、ＣＩ値が概ね（Ｒ−２００）Ωから（Ｒ−１５０）Ωの範囲内に収まっている。特に２回回転水晶振動子で使用されると考えられる８０℃の温度において、最も低いＣＩ値は（Ｒ−２０１．３）Ωであり、最も高いＣＩ値は（Ｒ−１８９．４）Ωである。すなわち、図７（ｄ）の水晶振動子では、８０℃において１１．９Ωの変動が生じている。

図７（ｄ）の水晶振動子は、図７（ａ）から図７（ｃ）の水晶振動子に比べてＣＩ値が低く及びＣＩ値の変動も小さい。これらの結果は、傾斜長さを長く形成したことに起因すると考えられる。また、図７（ｄ）の水晶振動子では、２０ＭＨｚでは屈曲振動の波長の１／２である８１．０μｍよりも傾斜長さが長いため、十分に屈曲振動が抑えられていると考えられる。

図７（ｄ）に示されるような水晶振動子は、例えば、金属板からフォトリソグラフィ技術及びウエットエッチング技術により形成される金属製マスクを用いる方法により形成することができる。具体的には、金属板の厚み方向のエッチングと共にサイドエッチングが進む性質を利用して得られるオーバーハング形状のマスク、又は開口寸法が少しずつ小さくなる多数の薄いマスクを積層しこれらをスポット溶接して１枚のマスクとして形成されるマスクである。これらオーバーハング形状のマスク又は多数の薄いマスクを積層したマスクを用いることにより図７（ｄ）の水晶振動子を形成することができる。

以上、本発明の最適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。また、上記の実施形態は様々に組み合わせて実施されても良い。

１００、１００ａ、１００ｂ、２００ａ、２００ｂ、３００ａ、３００ｂ、４００ … 水晶振動子
１１０、１１０ａ、２１０、３１０ａ、３１０ｂ … 水晶片
１２０、１２０ａ、１２０ｂ、３２０、４２０ … 励振電極
１２１、２２１ａ、２２１ｂ、３２１ａ、３２１ｂ … 引出電極
２１１ … 対角線
４２０ａ … 中央部
４２０ｂ … 傾斜部
ＸＡ … 励振電極１２０の短軸の長さ
ＸＢ … 励振電極１２０ａの短軸の長さ
ＸＣ … 励振電極１２０ｂの長軸の長さ
ＹＡ … 水晶片１１０の厚さ
ＹＢ … 励振電極１２０の厚さ
ＺＡ … 励振電極１２０の長軸の長さ
ＺＢ … 励振電極１２０ａの長軸の長さ
ＺＣ … 励振電極１２０ｂの短軸の長さ
ＺＤ … 励振電極４２０の内周側から外周側にかけての長さ

Claims (8)

1. 水晶の結晶軸であるＺ軸を中心にして水晶の結晶軸であるＸ軸を１５度から２５度の範囲で回転したＸ’軸及び前記Ｘ’軸を中心にして前記Ｚ軸を３３度から３５度の範囲で回転したＺ’軸に平行な主面を有する平板状の水晶片と、
   前記水晶片の各前記主面に形成される励振電極と、を有し、
   各前記励振電極は楕円形状に形成され、前記楕円形状の長軸が、前記Ｘ’軸が伸びる方向に対して−５度から＋１５度の範囲の方向に伸びる水晶振動子。
2. 水晶の結晶軸であるＺ軸を中心にして水晶の結晶軸であるＸ軸を１５度から２５度の範囲で回転したＸ’軸及び前記Ｘ’軸を中心にして前記Ｚ軸を３３度から３５度の範囲で回転したＺ’軸に平行な主面を有する平板状の水晶片と、
   前記水晶片の前記主面に形成される励振電極と、を有し、
   各前記励振電極は楕円形状に形成され、前記楕円形状の長軸が、前記Ｚ’軸が伸びる方向に対して±５度の範囲の方向に伸びる水晶振動子。
3. 1本の対角線がＺ′軸に対し±１０°の範囲にある正方形若しくは長方形、又は1つの辺が前記Ｚ′軸に対し±１０°の範囲にある正方形若しくは長方形に形成される請求項１又は２に記載の水晶振動子（ただし、正方形、長方形とは、水晶片の角部がＲ状等である略正方形、略長方形も含む）。
4. 前記長軸と前記楕円形状の短軸との比が、１．１：１から２．０：１の範囲である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の水晶振動子。
5. 水晶の結晶軸であるＺ軸を中心にして水晶の結晶軸であるＸ軸を１５度から２５度の範囲で回転したＸ’軸及び前記Ｘ’軸を中心にして前記Ｚ軸を３３度から３５度の範囲で回転したＺ’軸に平行な主面を有する平板状の水晶片と、
   前記水晶片の前記主面に形成される励振電極と、を有し、
   各前記励振電極は、前記Ｘ’軸が伸びる方向に対して−５度から＋１５度の範囲の方向に長軸が伸びる第１楕円形状と、前記Ｚ’軸が伸びる方向に対して±５度の範囲の方向に長軸が伸びる第２楕円形状と、が合成された形状に形成される水晶振動子。
6. 前記第１楕円形状の長軸と短軸との比が、１．１：１から２．０：１の範囲であり、前記第２楕円形状の長軸と短軸との比が、１．１：１から２．０：１の範囲である請求項５に記載の振動子。
7. 前記水晶片は所定の周波数で振動し、
   前記励振電極は、厚さが一定である中央部と、前記中央部の周囲に形成され内周側から外周側にかけて厚さが薄くなる傾斜部と、を含み、
   前記傾斜部の前記内周側と前記外周側との幅が、前記水晶片の不要振動の波長の１／２よりも長い請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の水晶振動子。
8. 前記励振電極の厚さは前記水晶片の厚さの０．０３％から０．１８％の間である請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の水晶振動子。