JP2017192032A - 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（１００）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’軸に平行な一対の主面を有する水晶片（１１０）と、水晶片の各主面に形成される励振電極（１２０）と、を有する。各主面には、主面の外周よりも突き出て楕円形状に形成されるメサ部（１１１）又は主面の外周よりも凹んで楕円形状に形成される逆メサ部が形成される。
【選択図】図２

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。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’軸に平行な一対の主面を有する水晶片と、水晶片の各主面に形成される励振電極と、を有する。各主面には、主面の外周よりも突き出て楕円形状に形成される（水晶片の厚さ方向に突き出て平面形状が楕円形状に形成される）メサ部又は主面の外周よりも凹んで楕円形状に形成される（水晶片の厚さ方向に凹んで平面形状が楕円形状に形成される）逆メサ部が形成される。

第２観点の水晶振動子は、第１観点において、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３観点の水晶振動子は、第１観点において、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４観点の水晶振動子は、第１観点から第３観点において、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５観点の水晶振動子は、第１観点から第４観点において、長軸と楕円形状の短軸との比が、１．０５：１から２．０：１の範囲である。

第６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’軸に平行な一対の主面を有する水晶片と、水晶片の各主面に形成される励振電極と、を有する。各主面には、主面の外周よりも突き出た所定の形状のメサ部又は主面の外周よりも凹んだ所定の形状の逆メサ部が形成され、所定の形状が、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、が合成された形状である。

第７観点の水晶振動子は、第６観点において、第１楕円形状の長軸と短軸との比が、１．０５：１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、１．０５：１から２．０：１の範囲である。

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、各励振電極が楕円形状に形成され、励振電極の長軸が、Ｘ’軸が伸びる方向に対して−５度から＋１５度の範囲の方向又は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９観点の水晶振動子は、第１観点から第７観点において、各励振電極が、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１０観点の水晶振動子は、第１観点から第８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１１観点の水晶振動子は、第１０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。

第１２観点の水晶振動子は、第１観点から第７観点において、励振電極が、外形が円形状である第１領域と、第１領域の周囲に形成され外形が楕円形状であり第１領域よりも厚さが薄い第２領域と、を含む。

第１３観点の水晶振動子は、第１２観点において、第２領域の外形の長軸が、Ｘ’軸が伸びる方向に対して−５度から＋１５度の範囲の方向又は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１４観点の水晶振動子は、第１３観点において、長軸と楕円形状の短軸との比が、１．０５：１から２．０：１の範囲である。

第１５観点の水晶振動子は、第１３観点及び第１４観点において、水晶片が所定の周波数で振動し、楕円形状の中心と円形状の中心とは重なり、楕円形状の長半径と円形状の半径との差が、振動と共に生じる不要振動の波長の自然数倍である。

第１６観点の水晶振動子は、第１２観点において、第２領域の外形が、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１７観点の水晶振動子は、第１６観点において、励振電極の第１楕円形状の長軸と短軸との比が、１．０５：１から２．０：１の範囲であり、励振電極の第２楕円形状の長軸と短軸との比が、１．０５：１から２．０：１の範囲である。

第１８観点の水晶振動子は、第１６観点及び第１７観点において、水晶片が所定の周波数で振動し、励振電極の第１楕円形状の中心と、励振電極の第２楕円形状の中心と、励振電極の円形状の中心とが重なり、励振電極の第１楕円形状の長半径と円形状の半径との差及び励振電極の第２楕円形状の長半径と円形状の半径との差が、それぞれ振動と共に生じる不要振動の波長の自然数倍である。

第１９観点の水晶振動子は、第１２観点から第１８観点において、励振電極の厚さが、水晶片の厚さに対して０．０２％から０．１３％の範囲内である。

第２０観点の水晶振動子は、第１２観点から第１９観点において、第１領域と第２領域との厚さの差が第２領域の厚さに対して１／４倍から１倍の範囲内に形成される。

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、水晶片が平板状であり励振電極が単層である場合のＣＩ値の温度変化が示されたグラフである。 （ｂ）は、円形状のメサ部が形成された水晶振動子を３０ＭＨｚで発振させた場合のＣＩ値の温度変化が示されたグラフである。 （ｃ）は、楕円形状のメサ部が形成された水晶振動子を３０ＭＨｚで発振させた場合のＣＩ値の温度変化が示されたグラフである。 （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、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、メサ部１１３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４００ａの断面図である。 （ｂ）は水晶振動子４００ｂの断面図である。 （ａ）は、水晶振動子５００の平面図である。 （ｂ）は、図８（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）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。 （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。 （ａ）は、水晶振動子６００の平面図である。 （ｂ）は、図１０（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 （ａ）は、水晶振動子７００の平面図である。 （ｂ）は、図１１（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。 （ｃ）は、水晶振動子７００ａの平面図である。 （ａ）は、水晶振動子８００の平面図である。 （ｂ）は、図１２（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。 （ａ）は、長軸が短軸の１．１倍である二重電極を有する水晶振動子を２０ＭＨｚで発振させた場合のＣＩ値の温度変化が示されたグラフである。 （ｂ）は、長軸が短軸の１．１２倍である二重電極を有する水晶振動子を４０ＭＨｚで発振させた場合のＣＩ値の温度変化が示されたグラフである。 （ａ）は、水晶振動子９００の平面図である。 （ｂ）は、図１４（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。

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度である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度の間である。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、引出電極１２１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に形成されており、＋Ｙ’軸側及び−Ｙ’軸側の各主面には、各主面から楕円形状に突き出るメサ部１１１が形成されている。水晶片１１０は長方形形状であるが、このような角板状の水晶片は外形の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）にはそれぞれ円形状の励振電極１２０が形成されている。両主面の各励振電極１２０は同形状であり、各励振電極１２０の中心と各メサ部１１１の中心とがＹ’軸方向に互いに重なるように形成されている。また、励振電極１２０からは水晶片１１０の＋Ｚ’軸側の辺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も角型に形成されていた。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と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。

水晶片１１０のメサ部１１１は長軸がＺ’軸方向に伸び、短軸がＸ’軸方向に伸びるように形成されている。図２（ａ）では、メサ部１１１の長軸の長さがＺＡ、メサ部１１１の短軸の長さがＸＡ、メサ部１１１の長半径と励振電極１２０の半径との差がＺＢとして示されている。ここで、メサ部１１１の長軸の長さＺＡが短軸の長さＸＡの１．０５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１．０５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ためである。

図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２（ｂ）では、水晶片１１０の全体の厚さをＹＡとし、メサ部１１１の厚さをＹＡ１とし、励振電極１２０の厚さをＹＢとしている。励振電極１２０及び引出電極１２１は、例えば下地としてクロム（Ｃｒ）又はニッケル（Ｎｉ）が形成され、その上に金（Ａｕ）が製膜されることにより形成される。また、水晶振動子は水晶片の小型化に伴って水晶片の支持の振動に対する影響が大きくなるが、水晶振動子１００では励振電極１２０と水晶片が支持される引出電極１２１とが水晶片において異なる段に形成されるため振動に対する不要振動の影響が抑えられる。

励振電極１２０の厚さＹＢは、７００Åから２０００Å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である。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値の変動が少なくなるため好ましい。また、水晶振動子の発振周波数は水晶片の厚さに反比例するので厚さＹＡは水晶振動子１００の発振周波数に応じて決められる。そのため、厚さＹＢは、厚さＹＡに応じて厚さＹＡの０．０３％から０．１８％の間であり７００Åから２０００Åの間の値を取るように決められる。さらに、励振電極１２０の厚さＹＢが、メサ部１１１の厚さＹＡ１と励振電極１２０の厚さＹＢとの合計値に対して１／４倍から１倍の範囲内に形成される場合、及び厚さＹＡの０．０７％から１．９％の範囲に入るように厚さＹＡ１を決める場合にはＣＩ値の増大及びＣＩ値の変動を抑えることができるため好ましい。

＜メサ部について＞
水晶振動子１００では、水晶片１１０にメサ部１１１を形成することによりＣＩ値を低減させている。以下にメサ部の効果について説明する。

図３（ａ）は、水晶片が平板状であり励振電極が単層である場合の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。図３（ａ）では、９つの水晶振動子のＣＩ値の温度変化が示されており、Ａｍｍ角の水晶片に厚さが１４００Åであり直径が０．６Ａｍｍの励振電極が蒸着法により形成された水晶振動子が３０ＭＨｚで発振させた場合の結果が示されている。

図３（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３（ａ）の水晶振動子では、８０℃において約８００Ωの変動が生じ得ることを示している。

図３（ｂ）は、円形状のメサ部が形成された水晶振動子を３０ＭＨｚで発振させた場合のＣＩ値の温度変化が示されたグラフである。図３（ｂ）の水晶振動子は、Ｂｍｍ角の正方形状の主面を有する水晶片の各主面にそれぞれの厚さが水晶片の厚みの３％で円形状のメサ部が形成された水晶振動子である。図３（ｂ）では、概ねＣＩ値がＲΩから（Ｒ＋２００）Ωの間で変化している。また、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、ＣＩ値が約（Ｒ＋８５）Ωとなっている。

図３（ｃ）は、楕円形状のメサ部が形成された水晶振動子を３０ＭＨｚで発振させた場合のＣＩ値の温度変化が示されたグラフである。図３（ｃ）では、２つの水晶振動子のＣＩ値の温度変化が示されている。図３（ｃ）の水晶振動子は、Ｂｍｍ角の正方形状の主面を有する水晶片の各主面にそれぞれ厚さが水晶片の厚みの１．４％で、Ｘ’軸方向に伸びる長軸の長さが０．８７Ｂｍｍ、短軸の長さが０．６５Ｂｍｍの楕円形状のメサ部が形成された水晶振動子である。図３（ｃ）では、全体的な温度範囲において概ねＣＩ値がＲΩ前後のＣＩ値を有している。また、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、一方のＣＩ値は約（Ｒ−３０）Ωであり、他方のＣＩ値は約（Ｒ−１５）Ωである。

図３（ｃ）に示される楕円形状のメサ部を有する水晶振動子は、図３（ａ）に示されるメサ部が形成されていない水晶振動子及び図３（ｂ）に示される円形状のメサ部を有する水晶振動子に対して、全体的な温度範囲及び８０℃においてＣＩ値が低いことが分かる。そのため、水晶振動子には楕円形状のメサ部が形成されることが好ましいと考えられる。

＜メサ部の長軸が伸びる方向について＞
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、メサ部１１１が形成された水晶片１１０ａと励振電極１２０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１２０のみが示されている。

水晶振動子では外形の形状が楕円形状のメサ部の長軸が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。また、メサ部１１１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、メサ部１１１の長軸は、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、メサ部１１２が形成された水晶片１１０ｂと励振電極１２０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４（ｂ）では、水晶片１１０ｂと励振電極１２０のみが示されている。メサ部１１２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’軸方向に伸びる矩形形状に形成されている。

メサ部の長軸がＸ’軸方向に伸びる場合には、長軸はＸ’に対して−５度から＋１５度の範囲（すなわち図４（ｂ）のβ１、β２で示す範囲）に伸びるのが良い。こうすると、発明者の実験によれば、主振動であるＣモードの閉じ込めを行い易く、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。

（第２実施形態）
水晶片は様々な形状に形成することができる。以下に、水晶片の変形例について説明する。

＜水晶振動子２００ａ及び水晶振動子２００ｂの構成＞
図５（ａ）は、水晶振動子２００ａの平面図である。水晶振動子２００ａは、正方形状の主面を有しメサ部１１１が形成される水晶片２１０と、水晶片２１０の両主面のメサ部１１１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、メサ部１１１の長軸が対角線２１１に沿うように形成されている。メサ部１１１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においてメサ部１１１の面積を大きく形成することができる。メサ部１１１の面積が広くなると等価直列容量Ｃ１が大きくなって可塑性が強くなり、等価直列抵抗Ｒ１が小さくなって振動エネルギーの損失が小さくなるため好ましい。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５（ｂ）は、水晶振動子２００ｂの平面図である。水晶振動子２００ｂは、正方形状の主面を有しメサ部１１１が形成される水晶片２１０と、水晶片２１０の両主面のメサ部１１１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５（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５（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。

＜水晶振動子３００ａ及び水晶振動子３００ｂの構成＞
図６（ａ）は、メサ部１１３の平面図である。メサ部１１３は、図４（ａ）に示されるメサ部１１１と、図４（ｂ）に示されるメサ部１１２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。メサ部１１２の長軸の長さをＸＢ、短軸の長さをＺＢとすると、図２（ａ）に示されるメサ部１１１と同様に、メサ部１１２の長軸の長さＸＢは短軸の長さＺＢの１．１倍から２．０倍の範囲となるようにメサ部１１２が形成されている。メサ部１１１とメサ部１１２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。

メサ部１１１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、メサ部１１２のように長軸がＸ’軸に平行である場合には主振動であるＣモードの閉じ込めを行い易く、副振動の端面反射を抑えることができる。メサ部１１３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ており、メサ部１１１とメサ部１１２との特徴を併せ持っている。

図６（ｂ）は、水晶振動子３００ａの平面図である。水晶振動子３００ａは、メサ部１１３が形成される水晶片３１０ａと、水晶片３１０ａの両主面に形成される励振電極１２０と、各励振電極１２０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６（ｂ）では、長さＺＡと長さＸＢとが同じ長さであり、水晶片３１０ａが正方形の主面を有しており、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１２０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の各辺がメサ部１１１及びメサ部１１２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、メサ部１１３の面積を広く形成することができるため好ましい。

図６（ｃ）は、水晶振動子３００ｂの平面図である。水晶振動子３００ｂは、メサ部１１３が形成された水晶片３１０ｂと、水晶片３１０ｂの両主面に形成される励振電極１２０と、各励振電極１２０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６（ｃ）では、長さＺＡと長さＸＢとが同じ長さであり、水晶片３１０ｂが正方形の主面を有しており、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１２０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。

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、水晶片の主面の面積に対してメサ部１１３の面積を広く形成することができるため好ましい。なお、図６（ｂ）、（ｃ）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６（ｃ）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。

＜水晶振動子４００ａ及び水晶振動子４００ｂの構成＞
図７（ａ）は水晶振動子４００ａの断面図である。水晶振動子４００ａは、水晶片４１０ａと、励振電極１２０と、引出電極１２１と、を有している。水晶片４１０ａは、全体の厚さがＹＡに形成されており、＋Ｙ’軸側の面のみにメサ部１１１が形成されており、−Ｙ’軸側の面が平面状に形成されている。水晶振動子４００ａは図２（ｂ）に示される水晶振動子１００の−Ｙ’軸側の主面にメサ部１１１が形成されていない水晶振動子であり、図７（ａ）では図２（ａ）のＡ−Ａ断面に対応する部分の水晶振動子４００ａの断面が示されている。水晶振動子では、図７（ａ）に示されるように片側の主面のみにメサ部が形成されても良い。

図７（ｂ）は水晶振動子４００ｂの断面図である。水晶振動子４００ｂは、水晶片４１０ｂと、励振電極１２０と、引出電極１２１と、を有している。水晶片４１０ｂは、＋Ｙ’軸側及び−Ｙ’軸側の主面に、逆メサ部１１４が形成されている。逆メサ部１１４は、平面形状が水晶片１１０のメサ部１１１（図２（ａ）参照）と同様のＺ’軸方向に長軸が伸びる楕円形状であるが、メサ部１１１とは逆に水晶片の表面から凹むように形成されている。逆メサ部１１４における水晶片４１０ｂの厚さはＹＡに形成され、各逆メサ部１１４は表面から厚さＹＡ２だけ凹んで形成されている。

水晶振動子では小型化により水晶片の大きさが小さくなった場合に水晶振動子の支持が振動に与える影響が大きくなる。これに対して、水晶振動子４００ｂでは水晶振動子４００ｂが保持される引出電極１２１が水晶片４１０ｂの振動を発生させる励振電極１２０が形成される面とは異なる高さに形成されているため、水晶振動子の振動を妨げることが防がれている。また、楕円形状の逆メサ部１１４は、メサ部１１１と同様に不要振動を抑圧し、ＣＩ値を低減させることができる。

（第３実施形態）
励振電極の周囲及びメサ部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５００の構成＞
図８（ａ）は、水晶振動子５００の平面図である。水晶振動子５００は、メサ部５１１を備える水晶片５１０と、励振電極５２０と、引出電極１２１と、を有している。励振電極５２０は図２（ａ）に示される励振電極１２０と同じ円形状に形成されており、厚さが一定である中央部５２０ａと中央部５２０ａ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５２０ｂとを有している。図８（ａ）では、励振電極５２０の点線の内側が中央部５２０ａであり、点線の外側が傾斜部５２０ｂとして示されている。また、メサ部５１１は図２（ａ）に示されるメサ部１１１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５１１ａと中央部５１１ａ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５１１ｂとを有している。図８（ａ）では、メサ部５１１の点線の内側が中央部５１１ａであり、点線の外側が傾斜部５１１ｂとして示されている。

図８（ｂ）は、図８（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。励振電極５２０は、中央部５２０ａの厚さがＹＢに形成され、傾斜部５２０ｂでは内周側から外周側にかけての長さ（傾斜長さ）が長さＺＣ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５２０では、傾斜部５２０ｂの長さＺＣ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。また、メサ部５１１は、水晶片５１０のメサ部５１１の周囲の周辺部からの中央部５１１ａの厚さがＹＡ１に形成され、傾斜部５１１ｂ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。メサ部５１１では、傾斜部５１１ｂ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。

図８（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８（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。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８（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は１６２．０μｍの波長を有する。そのため、長さＺＣ及び長さ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は図８（ｃ）に示されるように屈曲振動よりも波長が長いため、長さＺＣ及び長さＺＤの長さを屈曲振動を抑える長さに取れば輪郭すべり振動及び伸長振動の発生も抑えられると考えられる。

＜傾斜長さについて＞
Ａｍｍ角のメサ部が形成されていない水晶片に厚さが１４００Åであり直径が０．６Ａｍｍの励振電極を形成し、３０ＭＨｚで発振させた場合に、励振電極の傾斜長さを変えて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９（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。図９（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９（ａ）の各水晶振動子は、励振電極が蒸着法により形成され、傾斜長さが０μｍに形成されている。すなわち、図９（ａ）に示される各水晶振動子は傾斜部が形成されていない。

図９（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９（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９（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９（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いる。各水晶振動子の励振電極は蒸着法により形成され、傾斜長さは５０μｍである。図９（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９（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９（ａ）に示される水晶振動子と比べた場合に、励振電極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９（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９（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いる。図９（ｃ）に示されている各水晶振動子は、励振電極がスパッタリングにより形成され、傾斜長さは５５μｍである。すなわち、図９（ｂ）の水晶振動子とは、励振電極の形成方法及び傾斜長さが異なっている。図９（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９（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９（ｃ）の水晶振動子では、図９（ｂ）の水晶振動子と同様に図９（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が示されている。また、図９（ｃ）の水晶振動子は図９（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。この結果は、図９（ｃ）の水晶振動子が図９（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９（ｂ）及び図９（ｃ）では３０ＭＨｚでは屈曲振動の波長の１／２である５４μｍ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９（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９（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いる。図９（ｄ）に示されている各水晶振動子は、励振電極がスパッタリングにより形成され、傾斜長さは４００μｍである。図９（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９（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９（ｄ）の水晶振動子は、図９（ａ）から図９（ｃ）の水晶振動子に比べてＣＩ値が低く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９（ｄ）の水晶振動子では、３０ＭＨｚでは屈曲振動の波長の１／２である５４μｍ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。また、図９（ａ）から図９（ｄ）では励振電極における傾斜部の効果について説明されたが、メサ部に傾斜部が形成される場合も励振電極の場合と同様に屈曲振動が抑えられ、ＣＩ値を低く抑え、ＣＩ値の変動も小さく抑えることができる。

図９（ｄ）に示されるような水晶振動子の励振電極は、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金属製マスクを形成す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オーバーハング形状のマスクを得る方法、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する方法等により形成することができる。通常の励振電極の形成方法では、作製できる傾斜長さは最大でも５０μｍ前後であり傾斜長さを４００μｍとすることはできないが、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９（ｄ）の水晶振動子を形成することができる。

（第４実施形態）
励振電極は様々な形状に形成されても良い。以下に、励振電極の変形例について説明する。

＜水晶振動子６００の構成＞
図１０（ａ）は、水晶振動子６００の平面図である。水晶振動子６００は、水晶片１１０と、励振電極６２０と、引出電極１２１と、を有している。水晶振動子６００は、図２（ａ）に示される水晶振動子１００とは、励振電極の形状のみが異なっている。励振電極６２０は、メサ部１１１上に、長軸がＺ’軸方向に伸び短軸がＸ’軸方向に伸びる楕円形状に形成されている。図１０（ａ）では、励振電極６２０の長軸の長さがＺＥ、短軸の長さがＸＣとして示されている。

励振電極は図２（ａ）に示される励振電極１２０のように円形に形成される場合にはＣＩ値の変動及び増加を防ぐことができるが、励振電極が楕円形状に形成される場合には、さらに励振電極の面積が広くなるため電気定数の良化を図ることができる。また、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、ＣＩ値の上昇を抑えることができる。さらに、励振電極の長軸が伸びる方向は、図４（ａ）のメサ部１１１と同様に、Ｚ’軸 が伸びる方向に対して±５度の範囲の方向であることが望ましい。

また、長軸の長さＺＥが短軸の長さＸＣの１．０５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ＺＥが短軸の長さＸＡの１．０５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ＺＥが短軸の長さＸＣ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１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。励振電極６２０の厚さは励振電極１２０（図２（ｂ）参照）と同じくＹＢに形成され、水晶片１１０の厚さＹＡの０．０３％から０．１８％の間となるように形成される。水晶振動子６００では、励振電極６２０がメサ部１１１の面積よりも小さく形成されているが、励振電極の面積がメサ部１１１よりも広く、メサ部１１１全体を覆うように形成されても良い。

＜水晶振動子７００の構成＞
図１１（ａ）は、水晶振動子７００の平面図である。水晶振動子７００は、メサ部１１２を有する水晶片７１０と、励振電極７２０と、引出電極７２１と、を有している。メサ部１１２は長軸がＸ’軸方向に伸びる楕円形状に形成されており、励振電極７２０は長軸がＺ’軸方向に伸びる楕円形状に形成されている。また、水晶片７１０はＸ’軸及びＺ’軸に平行な辺を有する正方形の主面を有するように形成されている。図１１（ａ）では、メサ部１１２の長軸の長さがＸＢであり、励振電極７２０の長軸の長さをＺＦとすると、長さＸＢと長さＺＦとが等しい場合が示されているが、長さＸＢと長さＺＦとは異なっていても良い。引出電極７２１は、励振電極７２０から水晶片７１０の＋Ｘ’軸側の＋Ｚ’軸側の角、及び−Ｘ’軸側の−Ｚ’軸側の角にそれぞれ引き出されている。

図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。水晶振動子７００では、水晶片７１０の＋Ｙ’軸側及び−Ｙ’軸側の面にそれぞれメサ部１１２及び励振電極７２０が形成されており、各メサ部１１２及び各励振電極７２０の中心がＹ’軸方向に重なるように形成されている。水晶振動片７００では、長軸がＸ’軸方向に伸びるメサ部１１２により主振動であるＣモードの閉じ込めを行うと共に副振動の端面反射を抑え、長軸がＺ’軸方向に伸びる励振電極７２０によりＺ’軸方向に伝わる副振動である屈曲振動を抑えることによりＣＩ値の上昇を抑えることができる。水晶振動子７００では、メサ部の長軸がＸ’軸方向に伸び励振電極の長軸がＺ’軸方向に伸びているが、メサ部の長軸がＺ’軸方向に伸び励振電極の長軸がＸ’軸方向に伸びていても良い。

＜水晶振動子７００ａの構成＞
図１１（ｃ）は、水晶振動子７００ａの平面図である。水晶振動子７００ａは、メサ部１１１を有する水晶片２１０と、励振電極７２０ａと、引出電極２２１ｂと、を有している。メサ部１１１は長軸がＺ’軸方向に伸びる楕円形状に形成されており、励振電極７２０ａは長軸がＺ’軸方向に伸びる楕円形状に形成される励振電極６２０と長軸がＸ’軸方向に伸びる楕円形状に形成される励振電極６２０ａとが合成された形状に形成されている。長軸がＸ’軸方向に伸びる励振電極６２０ａは水晶振動子の主振動であるＣモードの閉じ込めを行い易く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、励振電極６２０ａの長軸が伸びる方向は、図４（ｂ）のメサ部１１２と同様に、Ｘ’軸に対して−５度から＋１５度の範囲に含まれる。なお、図１１（ａ）、（ｃ）ではメサ部の楕円の長軸はＸ'軸に沿うか又はＺ’軸に沿う例を示したが、メサ部の楕円の長軸がＸ’軸の方向に延びる場合は楕円の長軸はＸ'軸に対して−５度から＋１５度の範囲の任意の方向でも良い。また、メサ部の楕円の長軸がＺ’軸の方向に延びる場合は楕円の長軸はＺ'軸に対して±５度の範囲の任意の方向でも良い。

励振電極６２０と励振電極６２０ａとが合成された形状を有する励振電極７２０ａは、励振電極６２０及び励振電極６２０ａの特徴を有し、Ｚ’軸方向に伝わる副振動である屈曲振動を抑えると共に水晶振動子の主振動であるＣモードの閉じ込めを行い易く副振動の端面反射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。

＜水晶振動子８００の構成＞
図１２（ａ）は、水晶振動子８００の平面図である。水晶振動子８００は、メサ部１１１を備える水晶片１１０、励振電極８２０、及び引出電極１２１を有している。励振電極８２０は、外形が円形状である第１領域８２０ａと、第１領域８２０ａの周囲に形成され第１領域８２０ａよりも厚さが薄く外形が楕円形状である第２領域８２０ｂと、を含んでいる。励振電極８２０は、第１領域８２０ａの中心と第２領域８２０ｂの中心とが重なるように形成されている。また、励振電極８２０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。

励振電極８２０の第２領域８２０ｂは長軸がＺ’軸方向に伸び、短軸がＸ’軸方向に伸びるように形成されている。図１２（ａ）では、第２領域８２０ｂの長軸の長さがＺＥ、第２領域８２０ｂの短軸の長さがＸＣ、第２領域８２０ｂの長半径と第１領域８２０ａの半径との差がＺＧとして示されている。

図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。図１２（ｂ）では、水晶片１１０の厚さをＹＡとし、励振電極８２０の第１領域８２０ａの厚さをＹＢ１とし、励振電極１２０の第２領域１２０ｂの厚さをＹＢ２としている。また、励振電極８２０は第１層８２２及び第２層８２３の２つの電極層が重ね合わされて形成される２重電極である。第１層８２２及び第２層８２３は、例えばそれぞれ下地としてクロム（Ｃｒ）又はニッケル（Ｎｉ）が形成され、その上に金（Ａｕ）が製膜されることにより形成される。励振電極８２０の第１領域８２０ａは第１層８２２及び第２層８２３により形成され、第２領域８２０ｂは第２層８２３により形成されている。そのため、第１層８２２の厚さは厚さＹＢ１から厚さＹＢ２を引いた値であり、第２層８２３の厚さは厚さＹＢ２である。

励振電極８２０の厚さである厚さＹＢ１は７００Åから２０００Å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。また、厚さＹＡと厚さＹＢ１との間には好ましい関係があり、厚さＹＢ１が厚さＹＡの０．０２％から０．１３％の間の値を取る場合にＣＩ値の変動が少なくなるため好ましい。さらに、第１領域８２０ａと第２領域８２０ｂとの厚さの差（ＹＢ１−ＹＢ２）が、第２領域８２０ｂの厚さＹＢ２に対して１／４倍から１倍の範囲内に形成される場合にはＣＩ値の増大及びＣＩ値の変動を抑えることができるため好ましい。

＜二重電極について＞
水晶振動子８００では、二重電極を形成することによりＣＩ値を低減させている。以下に二重電極の効果について説明する。

図１３（ａ）は、長軸が短軸の１．１倍である二重電極を有する水晶振動子を２０ＭＨｚで発振させた場合のＣＩ値の温度変化が示されたグラフである。図１３（ａ）では、５つの水晶振動子のＣＩ値の温度変化が示されている。図１３（ａ）の水晶振動子は、第１領域が直径０．７５Ｃｍｍ、第２領域が長軸の長さ１．１Ｃｍｍ、短軸の長さＣｍｍの楕円形状であり長軸がＺ’軸に平行である二重電極として形成された励振電極を有している。

図１３（ａ）では、概ねＣＩ値が（Ｒ−２００）Ωから（Ｒ−１５０）Ωの間に収まっている。また、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（Ｒ−１８９．４）Ωであり、最も高いＣＩ値は（Ｒ−１５９．７）Ωである。すなわち、図１３（ａ）の水晶振動子では、８０℃においてＣＩ値に２９．７Ωの変動が生じ得ることを示している。

図１３（ｂ）は、長軸が短軸の１．１２倍である二重電極を有する水晶振動子を４０ＭＨｚで発振させた場合のＣＩ値の温度変化が示されたグラフである。図１３（ｂ）では、３６の水晶振動子のＣＩ値の温度変化が示されている。図１３（ｂ）の水晶振動子は、第１領域が直径Ｄｍｍ、第２領域が長軸の長さ１．３４５×Ｄｍｍ、短軸の長さ１．２×Ｄｍｍの楕円形状であり長軸がＺ’軸に平行である二重電極として形成された励振電極を有している。

図１３（ｂ）では、概ねＣＩ値が（Ｒ−２００）Ωから（Ｒ−１５０）Ωの間に収まっている。また、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（Ｒ−２０２．９２）Ωであり、最も高いＣＩ値は（Ｒ−１４７．８４）Ωである。すなわち、図１３（ｂ）の水晶振動子では、８０℃においてＣＩ値に５４．９８Ωの変動が生じ得ることを示している。

図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示されるような二重電極として形成される励振電極を有する水晶振動子は、図３（ａ）に示されるような単層の励振電極に比べてＣＩ値が低く、ＣＩ値の変動も少ないことが分かる。

＜水晶振動子９００の構成＞
図１４（ａ）は、水晶振動子９００の平面図である。水晶振動子９００は、水晶片１１０と、励振電極９２０と、引出電極１２１と、を有しており、励振電極９２０は外形が円形状である第１領域９２０ａと、第１領域９２０ａの周囲に形成され第１領域９２０ａよりも厚さが薄く外形が楕円形状である第２領域９２０ｂと、を含んでいる。第２領域９２０ｂは第２領域９２０ｂ（図１２（ａ）参照）と同じく長軸がＺ’軸方向に伸び、短軸がＸ’軸方向に伸びるように形成されており、第２領域９２０ｂの長軸の長さがＺＥ、第２領域９２０ｂの短軸の長さがＸＣ、第２領域９２０ｂの長半径と第１領域９２０ａの半径との差がＺＧであり、長軸の長さＺＥが短軸の長さＸＣの１．１倍から２．０倍の範囲になるように形成されている。

図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。水晶振動子９００では、水晶振動子８００と同様に、水晶片１１０の厚さをＹＡとし、励振電極９２０の第１領域９２０ａの厚さをＹＢ１とし、励振電極９２０の第２領域９２０ｂの厚さをＹＢ２としている。また、励振電極９２０は第１層９２２及び第２層９２３の２つの電極層が重ね合わされて形成される２重電極であるが、励振電極８２０（図１２（ｂ）参照）とは異なり第１領域９２０ａにおいて第１層９２２が第２層９２３の上に形成されている。

励振電極が二重電極として形成される水晶振動子では、水晶振動子８００において水晶振動子９００のように第１領域における第１層及び第２層の形成の順番を替えて形成しても、励振電極の外形の形状が変わらなければ水晶振動子８００と同様にＣＩ値を低減し、ＣＩ値の変動を抑えることができる。

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、４００ａ、４００ｂ、５００、６００、７００、７００ａ、８００、９００ … 水晶振動子
１１０、１１０ａ、１１０ｂ、２１０、３１０ａ、３１０ｂ、４１０ａ、４１０ｂ、７１０ … 水晶片
１１１、１１２、１１３、５１１ … メサ部
１２０、５２０、６２０、６２０ａ、７２０、７２０ａ、８２０、９２０ … 励振電極
１２１、２２１ａ、２２１ｂ、３２１ａ、３２１ｂ、７２１ … 引出電極
５１１ａ、５２０ａ … 中央部
５１１ｂ、５２０ｂ … 傾斜部
８２０ａ、９２０ａ … 第１領域
８２０ｂ、９２０ｂ … 第２領域
８２２、９２２ … 第１層
８２３、９２３ … 第２層
ＸＡ … メサ部１１１の短軸の長さ
ＸＢ … メサ部１１２の長軸の長さ
ＸＣ … 励振電極６２０の短軸の長さ
ＹＡ … 水晶片１１０の全体の厚さ
ＹＡ１ … メサ部１１１の厚さ
ＹＡ２ … 逆メサ部１１４の深さ
ＹＢ … 励振電極１２０の厚さ
ＹＢ１ … 第１領域８２０ａの厚さ
ＹＢ２ … 第２領域８２０ｂの厚さ
ＺＡ … メサ部１１１の長軸の長さ
ＺＢ … メサ部１１１の長半径と励振電極１２０の半径との差
ＺＣ … 傾斜部５２０ｂの傾斜長さ
ＺＤ … 傾斜部５１１ｂの傾斜長さ
ＺＥ … 励振電極６２０の長軸の長さ
ＺＦ … 励振電極７２０の長軸の長さ
ＺＧ … 第２領域８２０ｂの長半径と第１領域８２０ａの半径との差

Claims (20)

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３４度の範囲で回転したＺ’軸に平行な一対の主面を有する水晶片と、
   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、
   前記各主面には、前記主面の外周よりも突き出て楕円形状に形成されるメサ部又は前記主面の外周よりも凹んで楕円形状に形成される逆メサ部が形成される水晶振動子。
2. 前記楕円形状の長軸は、前記Ｘ’軸が伸びる方向に対して−５度から＋１５度の範囲の方向に伸びる請求項１に記載の水晶振動子。
3. 前記楕円形状の長軸は、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請求項１に記載の水晶振動子。
4. 前記水晶片は、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から請求項３のいずれか一項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）。
5. 前記長軸と前記楕円形状の短軸との比が、１．０５：１から２．０：１の範囲である請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の水晶振動子。
6. 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’軸に平行な一対の主面を有する水晶片と、
   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、
   前記各主面には、前記主面の外周よりも突き出た所定の形状のメサ部又は前記主面の外周よりも凹んだ前記所定の形状の逆メサ部が形成され、
   前記所定の形状は、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、が合成された形状である水晶振動子。
7. 前記第１楕円形状の長軸と短軸との比が、１．０５：１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、１．０５：１から２．０：１の範囲である請求項６に記載の振動子。
8. 各前記励振電極は楕円形状に形成され、前記励振電極の長軸が、前記Ｘ’軸が伸びる方向に対して−５度から＋１５度の範囲の方向又は前記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。
9. 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。
10. 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８のいずれか一項に記載の水晶振動子。
11. 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１０に記載の水晶振動子。
12. 前記励振電極は、外形が円形状である第１領域と、前記第１領域の周囲に形成され外形が楕円形状であり前記第１領域よりも厚さが薄い第２領域と、を含む請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の水晶振動子。
13. 前記第２領域の外形の長軸が、前記Ｘ’軸が伸びる方向に対して−５度から＋１５度の範囲の方向又は前記Ｚ’軸が伸びる方向に対して±５度の範囲の方向に伸びる請求項１２に記載の水晶振動子。
14. 前記長軸と前記楕円形状の短軸との比が、１．０５：１から２．０：１の範囲である請求項１３に記載の水晶振動子。
15. 前記水晶片は所定の周波数で振動し、
    前記楕円形状の中心と前記円形状の中心とは重なり、
    前記楕円形状の長半径と前記円形状の半径との差は、前記振動と共に生じる不要振動の波長の自然数倍である請求項１３又は請求項１４に記載の水晶振動子。
16. 前記第２領域の外形が、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請求項１２に記載の水晶振動子。
17. 前記励振電極の前記第１楕円形状の長軸と短軸との比が、１．０５：１から２．０：１の範囲であり、前記励振電極の前記第２楕円形状の長軸と短軸との比が、１．０５：１から２．０：１の範囲である請求項１６に記載の水晶振動子。
18. 前記水晶片は所定の周波数で振動し、
    前記励振電極の前記第１楕円形状の中心と、前記励振電極の前記第２楕円形状の中心と、前記励振電極の前記円形状の中心とは重なり、
    前記励振電極の前記第１楕円形状の長半径と前記円形状の半径との差及び前記励振電極の前記第２楕円形状の長半径と前記円形状の半径との差は、それぞれ前記振動と共に生じる不要振動の波長の自然数倍である請求項１６又は請求項１７に記載の水晶振動子。
19. 前記励振電極の厚さは、前記水晶片の厚さに対して０．０２％から０．１３％の範囲内である請求項１２から請求項１８のいずれか一項に記載の水晶振動子。
20. 前記第１領域と前記第２領域との厚さの差が前記第２領域の厚さに対して１／４倍から１倍の範囲内に形成される請求項１２から請求項１９のいずれか一項に記載の水晶振動子。