JP2007013381A - 水晶振動片、水晶振動子、及び水晶発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】 厚み滑り振動を主振動とするダブルローテーションカットの水晶振動片において、ＤＬＤによる周波数変化量を小さくし、より大きな駆動電力を必要とする小型形状の水晶振動片、当該水晶振動片を用いた水晶振動子及び水晶発振器を提供する。
【解決手段】 水晶の直交する３つの結晶軸を、即ち電気軸をＸ軸、これに直交した機械軸をＹ軸、Ｘ軸とＹ軸に直交した光学軸をＺ軸とする。本発明に係る水晶振動片２０を得るための水晶板１０は、先ず、水晶原石１５のＺ軸を中心にＸ軸を時計方向に６．５度以上１７．５度以下の任意の角度φだけ回転させたＸ´軸を設定し、このＸ´軸に平行な辺を有する。さらに、水晶板１０は、Ｘ´軸を中心に、Ｚ軸を時計方向に３４度以上３５度１０分以下の任意の角度θだけ回転させたＺ´軸に平行な辺を有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、厚みすべり振動を主振動とし、水晶の結晶軸の２軸回りに傾斜した切断面を有するダブルローテーションカットの水晶振動片、当該水晶振動片を用いた水晶振動子及び水晶発振器に関する。

一般に通信機器、情報機器、民生機器等の電子機器に使用されている振動子、発振器などの圧電デバイスには、安定した周波数特性を得られることなどから圧電材料として水晶が採用されている。水晶振動片は、この水晶から所定の角度で切断された水晶板を用い形成される。特にＡＴカット水晶板は、広範囲な温度領域において安定した周波数が得られるところから、古くから水晶振動片に用いられている。ＡＴカット水晶板とは、図１２に示すように、１辺が水晶の結晶軸のＸ軸に平行であって、ＸＺ面をＸ軸回りに３５度１５分時計方向（Ｘ軸の−Ｘ方向から＋Ｘ方向を見た場合を基準）に回転させたカット角で切断されたものである。このカット方式は、シングルローテーションカットと呼ばれている。このＡＴカット水晶板を用いた水晶振動片は、温度の変動により周波数が変化する、いわゆる周波数温度特性において１００℃付近の高温領域で周波数変化が大きくなることが知られていた（例えば、特許文献１）。この高温領域での周波数温度特性を改善するために、水晶の結晶軸の１軸を回転した後に、その新たな軸を中心に他の１軸を回転した面で切断した水晶板が提案されている（例えば、特許文献２）。このカット方式は、ダブルローテーション（２回回転）カットと呼ばれている。

特開平５−２３５６７８号公報 特開２００４−７４２０号公報

しかしながら、水晶振動片の特性には、前述の周波数温度特性に加えて水晶振動片を振動させるための駆動電力（以下、「駆動電力」という。）を印加することにより共振周波数が変化するなどのドライブレベル依存性（Ｄｒｉｖｅ Ｌｅｖｅｌ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｙ）がある。以下、ドライブレベル依存性による共振周波数の変化量を、「ＤＬＤ」という。

このＤＬＤについて、図１３を用いて詳細に説明する。図１３は、駆動電力と周波数変化量との相関、即ちＤＬＤを示す図である。図１３には、共振周波数、及び振動片の主面の大きさ（チップサイズ）毎のＤＬＤを示す近似線が示されている。それぞれの近似線の内訳を以下に記載する。
（ａ）共振周波数４８ＭＨｚ、チップサイズ２．０ｍｍ×１．２ｍｍ。
（ｂ）共振周波数４０ＭＨｚ、チップサイズ２．０ｍｍ×１．１ｍｍ。
（ｃ）共振周波数４０ＭＨｚ、チップサイズ４．０ｍｍ×２．２ｍｍ。
（ｄ）共振周波数２０ＭＨｚ、チップサイズ５．４ｍｍ×１．６ｍｍ。

図１３に示すように、このＤＬＤは、駆動電力にほぼ比例しており、駆動電力が大きくなればなるほど周波数の変化量が大きくなる。さらに、このＤＬＤは、図１３に示す（ｂ）と（ｃ）との比較からも解るように、共振周波数が同じであれば、主面の面積が小さくなることにより周波数の変化量が大きくなる。また、このＤＬＤは、図１３に示す（ａ）と（ｂ）と（ｄ）との比較からも解るように、共振周波数が高いほど周波数の変化量が大きくなる。従って、特許文献２に示す従来の水晶振動片では、高い共振周波数領域、或いは主面の面積が小さな水晶振動片を形成しようとすると、ＤＬＤが大きくなり、許容される周波数変化量を超えてしまうという問題を生じることがあった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＤＬＤを小さくすることによって、より大きな駆動電力を必要とする小型形状の水晶振動片、当該水晶振動片を用いた水晶振動子及び水晶発振器の提供を可能とすることにある。

かかる問題を解決するために発明者らは、水晶のカット角について種々研究し、実験を行ったところ、より大きな駆動電力を必要とする小型形状の水晶振動片において小さなＤＬＤを有するカット角を見出した。本発明は、この知見に基づき成されたものである。

本発明の水晶振動片は、少なくとも主面に印加される駆動電力によって所定の共振周波数で振動する水晶振動片であって、前記主面は、水晶の電気軸をＸ軸、機械軸をＹ軸、光学軸をＺ軸として、前記Ｘ軸を前記Ｚ軸の回りに時計方向に７度以上１７．３度以下の角度φで回転させて設定したＸ´軸に平行な辺と、前記Ｚ軸を前記Ｘ´軸の回りに時計方向に３４．３度以上３５．２５度以下の角度θで回転させたＺ´軸に平行な辺とを含み形成されていることを特徴とする。

本発明の水晶振動片によれば、Ｘ軸及びＺ軸を所定の角度で回転させたダブルローテーションカットを用いることにより、ＤＬＤを小さくすることが可能となる。即ち、大きな駆動電力（励振レベル）が必要な水晶振動片でもＤＬＤを小さく抑えることが可能となり、高い周波数精度（高品質）の水晶振動片を提供することが可能となる。

また、前記共振周波数が４８ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下であって、前記主面の面積が４．０ｍｍ²以上８．０ｍｍ²以下で形成されていることが望ましい。

このようにすれば、共振周波数が４８ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下であって、主面の面積が４．０ｍｍ²以上８．０ｍｍ²以下の水晶振動片を、５００μＷ程度の駆動電力で振動させてもＤＬＤを５ｐｐｍ以下とすることが可能となる。

また、前記共振周波数が２７ＭＨｚ以上４８ＭＨｚ以下であって、前記主面は、前記Ｘ軸を前記Ｚ軸の回りに時計方向に８度以上１６度以下の角度φで回転させて設定した前記Ｘ´軸に平行な辺と、前記Ｚ軸を前記Ｘ´軸の回りに時計方向に３４．３度以上且つ３５．２５度以下の角度θで回転させた前記Ｚ´軸に平行な辺とを含み、該主面の面積が１．４ｍｍ²以上２．０ｍｍ²以下で形成されていることが望ましい。

このようにすれば、共振周波数が２７ＭＨｚ以上４８ＭＨｚ以下であって、主面の面積が１．４ｍｍ²以上２．０ｍｍ²以下の水晶振動片を、５００μＷ程度の駆動電力で振動させてもＤＬＤを５ｐｐｍ以下とすることが可能となる。

また、前記共振周波数が２７ＭＨｚ以上４８ＭＨｚ以下であって、前記主面は、前記Ｘ軸を前記Ｚ軸の回りに時計方向に１０度以上１４度以下の角度φで回転させて設定した前記Ｘ´軸に平行な辺と、前記Ｚ軸を前記Ｘ´軸の回りに時計方向に３４．３度以上且つ３５．２５度以下の角度θで回転させた前記Ｚ´軸に平行な辺とを含み、該主面の面積が０．８ｍｍ²以上１．４ｍｍ²以下で形成されていることが望ましい。

このようにすれば、共振周波数が２７ＭＨｚ以上４８ＭＨｚ以下であって、主面の面積が０．８ｍｍ²以上１．４ｍｍ²以下の水晶振動片を、５００μＷ程度の駆動電力で振動させてもＤＬＤを５ｐｐｍ以下とすることが可能となる。

また、前記共振周波数が４８ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下であって、前記主面は、前記Ｘ軸を前記Ｚ軸の回りに時計方向に８度以上１６度以下の角度φで回転させて設定した前記Ｘ´軸に平行な辺と、前記Ｚ軸を前記Ｘ´軸の回りに時計方向に３４．３度以上且つ３５．２５度以下の角度θで回転させた前記Ｚ´軸に平行な辺とを含み、該主面の面積が２．０ｍｍ²以上４．０ｍｍ²以下で形成されていることが望ましい。

このようにすれば、共振周波数が４８ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下であって、主面の面積が２．０ｍｍ²以上４．０ｍｍ²以下の水晶振動片を、５００μＷ程度の駆動電力で振動させてもＤＬＤを５ｐｐｍ以下とすることが可能となる。

また、前記共振周波数が４８ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下であって、前記主面は、前記Ｘ軸を前記Ｚ軸の回りに時計方向９度以上１５．５度以下の角度φで回転させて設定した前記Ｘ´軸に平行な辺と、前記Ｚ軸を前記Ｘ´軸の回りに時計方向に３４．３度以上且つ３５．２５度以下の角度θで回転させた前記Ｚ´軸に平行な辺とを含み、該主面の面積が１．４ｍｍ²以上２．０ｍｍ²以下で形成されていることが望ましい。

このようにすれば、共振周波数が４８ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下であって、主面の面積が１．４ｍｍ²以上２．０ｍｍ²以下の水晶振動片を、５００μＷ程度の駆動電力で振動させてもＤＬＤを５ｐｐｍ以下とすることが可能となる。

また、前記角度φが、１１．５度以上、且つ１２．５度以下であることが望ましい。

このようにすれば、さらにＤＬＤを小さく抑えることが可能となる。即ち、共振周波数が２７ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下であって、主面の面積が０．８ｍｍ²以上４．０ｍｍ²以下の水晶振動片を、５００μＷ程度の駆動電力で振動させても、ＤＬＤをほぼ２．５ｐｐｍ以下の小さな変化に抑えることが可能な水晶振動片を提供することが可能となる。

また、本発明の水晶振動子は、パッケージと、前記パッケージに収納された前述の水晶振動片とを備えていることを特徴とする。

本発明の水晶振動子によれば、パッケージ内に前述のダブルローテーションカットの水晶振動片を収納して用いることにより、ＤＬＤを小さくすることが可能となる。即ち、大きな駆動電力（励振レベル）が必要な水晶振動子でもＤＬＤによる周波数変化を小さくすることが可能となり、高い周波数精度（高品質）の水晶振動子を提供することが可能となる。

また、本発明の水晶発振器は、前述の水晶振動片と、少なくとも前記水晶振動片を駆動する機能を有する回路部とを備えていることを特徴とする。

本発明の水晶発振器によれば、前述のダブルローテーションカットの水晶振動片を用いることにより、ＤＬＤを小さくすることが可能となる。即ち、大きな駆動電力（励振レベル）が必要でもＤＬＤを小さく抑えることが可能となる。また、水晶振動片と回路部とを備えているため双方の接続が短縮でき、より小型の水晶発振器とすることができる。これらにより、高い周波数精度（高品質）を有する小型の水晶発振器を提供することが可能となる。

本発明に係る水晶振動片、水晶振動子、及び水晶発振器の最良の形態について、図面に添って詳細に説明する。
（第一実施形態）

本発明に係る水晶振動片を図１及び図２を用いて説明する。図１は、第一実施形態のダブルローテーションカットの水晶板の概略を示す。図２は、図１に示す水晶板から切り出された水晶振動片を示す斜視図である。

図１に示すように、水晶の直交する３つの結晶軸を、即ち電気軸をＸ軸、これに直交した機械軸をＹ軸、Ｘ軸とＹ軸に直交した光学軸をＺ軸とする。本発明に係る水晶振動片を得るための水晶板（水晶基板ともいう）１０は、先ず、水晶原石１５のＺ軸を中心にＸ軸を時計方向（Ｚ軸の−Ｚ方向から＋Ｚ方向を見た場合を基準）に６．５度以上１７．５度以下の任意の角度φだけ回転させたＸ´軸を設定し、このＸ´軸に平行な辺を有する。さらに、水晶板１０は、Ｘ´軸を中心に、Ｚ軸を時計方向（Ｘ´軸の−Ｘ´方向から＋Ｘ´方向を見た場合を基準）に３４．３度以上３５．２５度以下の任意の角度θだけ回転させたＺ´軸に平行な辺を有している。そして、これらの辺を含む面を主面として切り出すことにより、いわゆるダブルローテーションカットの水晶板１０が形成される。さらに、水晶板１０は、その両面を所望の厚さ及び表面状態に研磨加工され、その後、切断機などで小割して、図２に示すような、所望の寸法、形状を有する水晶振動片２０を切り出す。なお、同時にＹ軸も２回回転しているが図１では図示していない。図２では、切り出された水晶振動片の厚さ方向の軸を、Ｙ軸を２回回転したＹ´´軸と表示している。

水晶振動片２０の詳細について説明する。図２に示す水晶振動片２０は、寸法Ｌの長さのＸ´軸に平行な長辺２１と、寸法Ｗの長さのＺ´軸に平行な短辺２２とを有する矩形形状の主面２３，２４を有している。主面２３，２４は、Ｙ´´軸に平行な厚さＴを有して表裏に形成されている。なお、この厚さＴは、水晶振動片２０の共振周波数と反比例の関係を有しており、水晶振動片２０の厚さＴが薄くなれば共振周波数が高くなる。それぞれの主面２３，２４の表面の中央部には、励振電極２５が形成されている。表面の主面２３上に形成された励振電極２５は、引出し電極２６を介し外部接続電極２７ａに接続されている。なお、他方の外部接続電極２７ｂは、水晶振動片２０の側面を通り図示しない裏面の外部接続電極、引出し電極、及び励振電極に接続されている。水晶振動片２０は、この表裏の励振電極２３，２４に図示しない発振回路から駆動電力を印加することによって所定の周波数で発振する。なお、この駆動電力の大小を表し、励振レベル、或いはドライブレベルと呼称することがある。

前述の背景技術でも述べたが、水晶振動片２０は、駆動電力の大きさによって共振周波数が変化する。本願の発明者らは、Ｚ軸を中心にしたＸ軸の回転角度φを段階的に変えて水晶板１０を切り出し、本発明によるダブルローテーションカットの厚みすべりモードの水晶振動片２０を試作した。なお、この試作においては、比較的大きな駆動電力を必要とする小型（主面の面積が小さい水晶振動片）、及び高周波数帯域の水晶振動片２０に着目した。

さらに、試作したそれぞれの水晶振動片２０について、常温で駆動電力（励振レベル）を段階的に変化させながら共振周波数を測定した。その結果、共振周波数、角度φ、角度θ、及び主面の面積を定めることにより、実用上何ら問題の無いＤＬＤを持つ水晶振動片２０を形成することが可能であることを見出した。特に、角度φが１１．５度以上１２．５度以下の範囲で切り出された水晶振動片２０は、ＤＬＤを著しく小さくできることを見出した。ここで、一般的に求められている実用上問題とならない周波数変化量とは、水晶振動片２０に駆動電力を５００μＷ程度まで印加したときのＤＬＤが５ｐｐｍ以下である。

本実施形態の水晶振動片２０によれば、ＤＬＤを小さくすることが可能となる。詳細には、駆動電力を５００μＷ程度まで印加したときの周波数変化量、即ち、ＤＬＤを５ｐｐｍ以下とした水晶振動片２０を提供することが可能となる。このように、大きな駆動電力が必要な水晶振動片でもＤＬＤの小さな、高い周波数精度（高品質）の水晶振動片２０を提供することが可能となる。

また、角度φが１１．５度以上１２．５度以下の範囲で切り出された水晶振動片２０では、駆動電力を５００μＷ程度まで印加したときのＤＬＤをさらに小さくすることが可能である。具体的には、ＤＬＤを２．５ｐｐｍ以下にすることが可能となる。

なお、前述の第一実施形態では、水晶振動片を矩形形状で説明したが、水晶振動片の形状はこれに限らない。例えば、円形、方形などの形状の水晶振動片であっても同等な効果を有している。
（実施例１）

Ｘ軸の回転角度φを段階的に変化させて水晶板を切り出し、本発明による厚み滑りモードの共振周波数が４８ＭＨｚ及び１００ＭＨｚの水晶振動片を試作した。それぞれの共振周波数の水晶振動片は、チップサイズ３ｍｍ×１．５ｍｍ（図２に示すＬ×Ｗの寸法で表す）、即ち、主面の面積を４．５ｍｍ²とした。また、実施例１では、角度θを３５度に固定した。なお、比較例として共振周波数、チップサイズが同じであり、角度φが０度、即ち、従来のシングルローテーションカットの水晶振動片も試作した。そして、実施例１の水晶振動片について、励振レベルを７００μＷ程度まで変化させながら周波数変化量（周波数偏差 ΔＦ（ｐｐｍ））を測定した。

その結果を、図３に示す。図３は、実施例１の水晶振動片の励振レベルと周波数偏差との相関を示すグラフであり、縦軸に周波数偏差、横軸に励振レベル（μＷ）を示している。なお、横軸は対数目盛としてある。図３における曲線は、次に示す水晶振動片のＤＬＤを示している。
（１ａ）実施例１における共振周波数１００ＭＨｚ、角度φ７度、及び１７．３度。
（２ａ）実施例１における共振周波数４８ＭＨｚ、角度φ７度、及び１７．３度。
（３ａ）実施例１における共振周波数４８ＭＨｚ、及び１００ＭＨｚ、角度φ１２度。
（１ｂ）共振周波数１００ＭＨｚ、角度φ０度（比較例）。
（２ｂ）共振周波数４８ＭＨｚ、角度φ０度（比較例）。

図３に示すように、一般的に水晶振動片のＤＬＤは、１０μＷを超えるあたりから徐々に増加し、１００μＷを超えると変動が大きくなる。実施例１の水晶振動片の曲線（１ａ）、（２ａ）、（３ａ）は、各共振周波数において、比較例としての曲線（１ｂ）、（２ｂ）に示すシングルローテーションカットの水晶振動片と比べ格段に小さくなっている。
一般的に、このＤＬＤは、励振レベルが５００μＷ以下のとき、５ｐｐｍ以下であることが求められている。図中の２点鎖線は、励振レベルが５００μＷ以下でＤＬＤが５ｐｐｍ以下の範囲を示している。図３に示すように、曲線（１ａ）、（２ａ）、（３ａ）で示す実施例１の水晶振動片は、励振レベルが５００μＷであっても、ＤＬＤを５ｐｐｍ以下に抑えることができた。

共振周波数１００ＭＨｚの水晶振動片を一例としてさらに詳細を説明する。曲線（１ａ）は、角度φ７度、及び１７．３度のときのＤＬＤを示している。このときのＤＬＤが、励振レベル５００μＷにおいて、ほぼ５ｐｐｍとなっている。角度φが、７度より大きくなることによりこの曲線は、徐々に傾斜及び曲線の立ち上がりが緩やかなる。そして、角度φが１２度である曲線（３ａ）を概ね下限とし、それ以上の角度になると、再び徐々に傾斜及び２次曲線の立ち上がりが急になり、角度φが１７．３度でほぼ角度φが７度の曲線（１ａ）と重なる。つまり、角度φを、７度から１７．３度の間の値を用いて切り出した水晶振動片は、曲線（１ａ）と曲線（３ａ）との間の領域にＤＬＤを示す曲線が存在する。これにより、角度φが７度から１７．３度の間で切り出された水晶振動片は、ＤＬＤが５ｐｐｍ以下の範囲にあることになる。さらに、図示しないが、主面の面積を段階的に変化させ、同様な試作を行った。その結果、主面の面積が、４．０ｍｍ²以上８ｍｍ²以下の範囲で同等な効果が確認できた。

また、前述と同様に、４８ＭＨｚの水晶振動片においても、曲線（２ａ）と曲線（３ａ）の間の領域に曲線が存在し、ＤＬＤを５ｐｐｍ以下とすることができる。なお、曲線（３ａ）は、４８ＭＨｚの水晶振動片の角度φが１２度のときの曲線も表している。

これらから、４８ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の共振周波数帯域において、角度φが７度以上１７．３度以下の範囲で切り出された主面の面積が４．０ｍｍ²以上８ｍｍ²以下のダブルローテーションカットの水晶振動片は、励振レベルが５００μＷのときのＤＬＤを５ｐｐｍ以下とすることができる。

また、曲線（３ａ）では、励振レベルを７００μＷとしても殆どＤＬＤが見られず、１ｐｐｍ以下となっている。このように角度φを、１２度付近（例えば、１１．５度から１２．５度）とすることでＤＬＤを極めて小さくした水晶振動片を提供することも可能である。
（実施例２）

さらに、共振周波数、及びチップサイズを変え、実施例１と同様に試作を行った。
実施例２では、本発明による厚み滑りモードの共振周波数が２７ＭＨｚ及び４８ＭＨｚの水晶振動片を試作した。それぞれの共振周波数の水晶振動片は、チップサイズ１．４ｍｍ×１．０ｍｍ（図２に示すＬ×Ｗの寸法で表す）、即ち、主面の面積を１．４ｍｍ²とした。また、実施例２でも、角度θを３５度に固定した。そして、実施例２の水晶振動片について、励振レベルを７００μＷ程度まで変化させながら周波数変化量（周波数偏差 ΔＦ（ｐｐｍ））を測定した。

その結果を、図４に示す。図４は、実施例２の水晶振動片の励振レベルと周波数偏差との相関を示すグラフであり、縦軸に周波数偏差、横軸に励振レベル（μＷ）を示している。なお、横軸は対数目盛としてある。図４における曲線は、次に示す水晶振動片のＤＬＤを示している。
（４ａ）実施例２における共振周波数４８ＭＨｚ、角度φ８度、及び１６度。
（５ａ）実施例２における共振周波数２７ＭＨｚ、角度φ８度、及び１６度。
（６ａ）実施例２における共振周波数４８ＭＨｚ、角度φ１２度。
（７ａ）実施例２における共振周波数２７ＭＨｚ、角度φ１２度。
（４ｂ）共振周波数４８ＭＨｚ、角度φ０度（比較例）。
（５ｂ）共振周波数２７ＭＨｚ、角度φ０度（比較例）。

実施例１と同様に、実施例２の水晶振動片の曲線（４ａ）、（５ａ）、（６ａ）、（７ａ）は、各共振周波数において、比較例としての曲線（４ｂ）、（５ｂ）に示すシングルローテーションカットの水晶振動片と比べ格段に小さくなっている。そして、図４に示すように、曲線（４ａ）、（５ａ）、（６ａ）、（７ａ）で示す実施例２の水晶振動片は、励振レベルが５００μＷであっても、ＤＬＤを５ｐｐｍ以下に抑えることができた。さらに、図示しないが、主面の面積を段階的に変化させ、同様な試作を行った。その結果、主面の面積が、１．４ｍｍ²以上２．０ｍｍ²以下の範囲で同等な効果が確認できた。なお、実施例１と同様な事象については説明を省略する。

従って、２７ＭＨｚ以上４８ＭＨｚ以下の共振周波数帯域において、角度φが８度以上１６度以下の範囲で切り出された主面の面積が１．４ｍｍ²以上２．０ｍｍ²以下のダブルローテーションカットの水晶振動片は、励振レベルが５００μＷのときのＤＬＤを５ｐｐｍ以下とすることができる。
（実施例３）

さらに、共振周波数、及びチップサイズを変え、実施例１と同様に試作を行った。
実施例３では、本発明による厚み滑りモードの共振周波数が２７ＭＨｚ及び４８ＭＨｚの水晶振動片を試作した。それぞれの共振周波数の水晶振動片は、チップサイズ１．０ｍｍ×０．８ｍｍ（図２に示すＬ×Ｗの寸法で表す）、即ち、主面の面積を０．８ｍｍ²とした。また、実施例３でも、角度θを３５度に固定した。そして、実施例３の水晶振動片について、励振レベルを７００μＷ程度まで変化させながら周波数変化量（周波数偏差 ΔＦ（ｐｐｍ））を測定した。

その結果を、図５に示す。図５は、実施例３の水晶振動片の励振レベルと周波数偏差との相関を示すグラフであり、縦軸に周波数偏差、横軸に励振レベル（μＷ）を示している。なお、横軸は対数目盛としてある。図５における曲線は、次に示す水晶振動片のＤＬＤを示している。
（８ａ）実施例３における共振周波数４８ＭＨｚ、角度φ１０度、及び１４度。
（９ａ）実施例３における共振周波数２７ＭＨｚ、角度φ１０度、及び１４度。
（１０ａ）実施例３における共振周波数４８ＭＨｚ、角度φ１２度。
（１１ａ）実施例３における共振周波数２７ＭＨｚ、角度φ１２度。
（８ｂ）共振周波数４８ＭＨｚ、角度φ０度（比較例）。
（９ｂ）共振周波数２７ＭＨｚ、角度φ０度（比較例）。

実施例１と同様に、実施例３の水晶振動片の曲線（８ａ）、（９ａ）、（１０ａ）、（１１ａ）は、各共振周波数において、比較例としての曲線（８ｂ）、（９ｂ）に示すシングルローテーションカットの水晶振動片と比べ格段に小さくなっている。そして、図５に示すように、曲線（８ａ）、（９ａ）、（１０ａ）、（１１ａ）で示す実施例３の水晶振動片は、励振レベルが５００μＷであっても、ＤＬＤを５ｐｐｍ以下に抑えることができた。さらに、図示しないが、主面の面積を段階的に変化させ、同様な試作を行った。その結果、主面の面積が、０．８ｍｍ²以上１．４ｍｍ²以下の範囲で同等な効果が確認できた。なお、実施例１と同様な事象については説明を省略する。

従って、２７ＭＨｚ以上４８ＭＨｚ以下の共振周波数帯域において、角度φが１０度以上１４度以下の範囲で切り出された主面の面積が０．８ｍｍ²以上１．４ｍｍ²以下のダブルローテーションカットの水晶振動片は、励振レベルが５００μＷのときのＤＬＤを５ｐｐｍ以下とすることができる。
（実施例４）

さらに、共振周波数、及びチップサイズを変え、実施例１と同様に試作を行った。
実施例４では、本発明による厚み滑りモードの共振周波数が４８ＭＨｚ及び１００ＭＨｚの水晶振動片を試作した。それぞれの共振周波数の水晶振動片は、チップサイズ２．０ｍｍ×１．０ｍｍ（図２に示すＬ×Ｗの寸法で表す）、即ち、主面の面積を２．０ｍｍ²とした。また、実施例４でも、角度θを３５度に固定した。そして、実施例４の水晶振動片について、励振レベルを７００μＷ程度まで変化させながら周波数変化量（周波数偏差 ΔＦ（ｐｐｍ））を測定した。

その結果を、図６に示す。図６は、実施例４の水晶振動片の励振レベルと周波数偏差との相関を示すグラフであり、縦軸に周波数偏差、横軸に励振レベル（μＷ）を示している。なお、横軸は対数目盛としてある。図６における曲線は、次に示す水晶振動片のＤＬＤを示している。
（１２ａ）実施例４における共振周波数１００ＭＨｚ、角度φ８度、及び１６度。
（１３ａ）実施例４における共振周波数４８ＭＨｚ、角度φ８度、及び１６度。
（１４ａ）実施例４における共振周波数１００ＭＨｚ、角度φ１２度。
（１５ａ）実施例４における共振周波数４８ＭＨｚ、角度φ１２度。
（１２ｂ）共振周波数１００ＭＨｚ、角度φ０度（比較例）。
（１３ｂ）共振周波数４８ＭＨｚ、角度φ０度（比較例）。

実施例１と同様に、実施例４の水晶振動片の曲線（１２ａ）、（１３ａ）、（１４ａ）、（１５ａ）は、各共振周波数において、比較例としての曲線（１２ｂ）、（１３ｂ）に示すシングルローテーションカットの水晶振動片と比べ格段に小さくなっている。そして、図６に示すように、曲線（１２ａ）、（１３ａ）、（１４ａ）、（１５ａ）で示す実施例４の水晶振動片は、励振レベルが５００μＷであっても、ＤＬＤを５ｐｐｍ以下に抑えることができた。さらに、図示しないが、主面の面積を段階的に変化させ、同様な試作を行った。その結果、主面の面積が、２．０ｍｍ²以上４．０ｍｍ²以下の範囲で同等な効果が確認できた。なお、実施例１と同様な事象については説明を省略する。

従って、４８ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の共振周波数帯域において、角度φが８度以上１６度以下の範囲で切り出された主面の面積が２．０ｍｍ²以上４．０ｍｍ²以下のダブルローテーションカットの水晶振動片は、励振レベルが５００μＷのときのＤＬＤを５ｐｐｍ以下とすることができる。
（実施例５）

さらに、共振周波数、及びチップサイズを変え、実施例１と同様に試作を行った。実施例５では、本発明による厚み滑りモードの共振周波数が４８ＭＨｚ及び１００ＭＨｚの水晶振動片を試作した。それぞれの共振周波数の水晶振動片は、チップサイズ１．４ｍｍ×１．０ｍｍ（図２に示すＬ×Ｗの寸法で表す）、即ち、主面の面積を１．４ｍｍ²とした。また、実施例５でも、角度θを３５度に固定した。そして、実施例５の水晶振動片について、励振レベルを７００μＷ程度まで変化させながら周波数変化量（周波数偏差 ΔＦ（ｐｐｍ））を測定した。

その結果を、図７に示す。図７は、実施例５の水晶振動片の励振レベルと周波数偏差との相関を示すグラフであり、縦軸に周波数偏差、横軸に励振レベル（μＷ）を示している。なお、横軸は対数目盛としてある。図７における曲線は、次に示す水晶振動片のＤＬＤを示している。
（１６ａ）実施例２における共振周波数１００ＭＨｚ、角度φ９度、及び１５．５度。
（１７ａ）実施例２における共振周波数４８ＭＨｚ、角度φ９度、及び１５．５度。
（１８ａ）実施例２における共振周波数１００ＭＨｚ、及び４８ＭＨｚ、角度φ１２度。
（１６ｂ）共振周波数１００ＭＨｚ、角度φ０度（比較例）。
（１７ｂ）共振周波数４８ＭＨｚ、角度φ０度（比較例）。

実施例１と同様に、実施例５の水晶振動片の曲線（１６ａ）、（１７ａ）、（１８ａ）は、各共振周波数において、比較例としての曲線（１６ｂ）、（１７ｂ）に示すシングルローテーションカットの水晶振動片と比べ格段に小さくなっている。そして、図７に示すように、曲線（１６ａ）、（１７ａ）、（１８ａ）で示す実施例５の水晶振動片は、励振レベルが５００μＷであっても、ＤＬＤを５ｐｐｍ以下に抑えることができた。さらに、図示しないが、主面の面積を段階的に変化させ、同様な試作を行った。その結果、主面の面積が、１．４ｍｍ²以上２．０ｍｍ²以下の範囲で同等な効果が確認できた。なお、実施例１と同様な事象については説明を省略する。

従って、４８ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の共振周波数帯域において、角度φが９度以上１５．５度以下の範囲で切り出された主面の面積が１．４ｍｍ²以上２．０ｍｍ²以下のダブルローテーションカットの水晶振動片は、励振レベルが５００μＷのときのＤＬＤを５ｐｐｍ以下とすることができる。
（第二実施形態）

本発明に係る水晶振動子の一例を第二実施形態として図面を用いて説明する。図８は、第二実施形態としての水晶振動子の概略を示し、蓋体の一部を省略した平面図である。図９は、第二実施形態の水晶振動子の概略を示す正断面図である。

図８及び図９に示すように、水晶振動子３００は、パッケージの一例としての、例えばセラミック製の絶縁性ベース３０、絶縁性ベース３０の開口部３７を封止する蓋体（リッド）３１、絶縁性ベース３０と蓋体３１とを接合する接合材３８、水晶振動片３５、及び水晶振動片３５を絶縁性ベース３０に接続する導電性接着剤３６から構成される。

絶縁性ベース３０の概ね中央部に設けられた開口部３７の底部４０には、枕部３９が形成されている。枕部３９の上面には、励振電極３５ａなどが形成された、水晶振動片３５が導電性接着剤３６などの接続材によって接続され実装されている。この水晶振動片３５は、前述の第一実施形態で説明したダブルローテーションカットの水晶振動片３５を用いている。導電性接着剤３６は、銀片或いは銀粒などをフィラーとして樹脂の基材中に混在させたもので、加熱処理、或いは紫外線照射などによって硬化させて電気的接続も確保する。

絶縁性ベース３０の開口部３７は、絶縁性ベース３０の上面３２に形成された接合材３８を介して接合された蓋体３１によって気密に封止されている。なお、絶縁性ベース３０の外表面には、開口部３７から導出された図示しない導通配線部が形成されており、実装基板などと接合される。

上述の第二実施形態の水晶振動子３００によれば、第一実施形態で説明したダブルローテーションカットの水晶振動片３５を用いている。このため、駆動電力を５００μＷ程度まで印加したときの周波数変化量、即ち、ＤＬＤを５ｐｐｍ以下とした水晶振動子３００を提供することが可能となる。

なお、第二実施形態では、パッケージとしてセラミック製の絶縁性ベースを用い、水晶振動片を絶縁性ベース内に収納する形態の水晶振動子を一例として示し説明したが、パッケージはこれに限らない。例えば、円筒形状の金属リング内に充填された絶縁材（例えば、ガラス）を貫通したリード線の一端に水晶振動片を接続し、円筒キャップを金属リングに圧入して封止を行う形態でも良い。
（第三実施形態）

本発明に係る水晶発振器の一例を第三実施形態として図面を用いて説明する。図１０は、第三実施形態としての水晶発振器の概略を示し、蓋体の一部を除去した平面図である。図１１は、第三実施形態の水晶発振器の概略を示す正断面図である。

図１０及び図１１に示すように、水晶発振器５００は、例えばセラミック製の絶縁性ベース５０、絶縁性ベース５０の開口部５７を封止する蓋体（リッド）５１、絶縁性ベース５０と蓋体５１とを接合する接合材５８、水晶振動片５５、水晶振動片５５を絶縁性ベース５０に接続する導電性接着剤５６、及び、少なくとも水晶振動片５５を発振させる機能を有する回路部としての回路素子６１から構成される。

絶縁性ベース５０の概ね中央部に設けられた開口部５７の底部６２には、枕部５９が形成されている。枕部５９の上面には、励振電極５５ａなどが形成された、水晶薄板からなる水晶振動片５５が導電性接着剤５６などの接続材によって接続され実装されている。この水晶振動片５５は、前述の第一実施形態で説明したダブルローテーションカットの水晶振動片５５を用いており、接続部分を除き空中に位置する。導電性接着剤５６は、銀片或いは銀粒などをフィラーとして樹脂の基材中に混在させたもので、加熱処理、或いは紫外線照射などによって硬化させて電気的接続も確保する。絶縁性ベース５０の概ね中央部に設けられた開口部５７の底部６２の水晶振動片５５の下部にあたる部分には、水晶振動片５５と図示しない配線などによって接続し、少なくとも水晶振動片５５を発振させる機能を有する回路素子６１が図示しない導電性接着剤などにより接合されている。即ち、回路素子６１も開口部５７内に実装されている。

絶縁性ベース５０の開口部５７は、絶縁性ベース５０の上面５２に形成された接合材５８を介して接合された蓋体５１によって気密に封止されている。なお、絶縁性ベース５０の外表面には、開口部５７から導出された図示しない導通配線部が形成されており、実装基板などと接合される。

上述の第三実施形態の水晶発振器５００によれば、第一実施形態で説明したダブルローテーションカットの水晶振動片５５を用いている。このため、駆動電力を５００μＷ程度まで印加したときのＤＬＤを５ｐｐｍ以下とした水晶発振器５００を提供することが可能となる。また、絶縁性ベース５０の開口部５７に水晶振動片５５と回路素子６１とを収納しているため、双方の接続が短縮でき、より小型の水晶発振器とすることができる。これらにより、高い周波数精度を有する小型の水晶発振器を提供することが可能となる。

なお、第三実施形態では、絶縁性ベース５０をセラミックを一例として説明したがこれに限らない。例えば、エポキシ基板などの樹脂基板、金属板上に絶縁材及び回路配線を施した基板などを用いてもよい。

第一実施形態のダブルローテーションカットの水晶板の概略図。 図１に示す水晶板から切り出された水晶振動片を示す斜視図。 実施例１の水晶振動片の励振レベルと周波数偏差との相関を示すグラフ。 実施例２の水晶振動片の励振レベルと周波数偏差との相関を示すグラフ。 実施例３の水晶振動片の励振レベルと周波数偏差との相関を示すグラフ。 実施例４の水晶振動片の励振レベルと周波数偏差との相関を示すグラフ。 実施例５の水晶振動片の励振レベルと周波数偏差との相関を示すグラフ。 第二実施形態の水晶振動子の概略を示し、蓋体の一部を破断した平面図。 水晶振動子の概略を示す正断面図。 第三実施形態の水晶発振器の概略を示し、蓋体の一部を破断した平面図。 水晶発振器の概略を示す正断面図。 従来のシングルローテーションカットの水晶板の概略図。 ＤＬＤを説明するグラフ。

符号の説明

１０…水晶板、１５…水晶原石、２０…水晶振動片、２１…長辺、２２…短辺、２３，２４…主面、２５…励振電極、２６…引き出し電極、２７ａ，２７ｂ…外部接続電極、３０…パッケージとしての絶縁性ベース、３１…蓋体、３２…上面、３５…水晶振動片、３６…導電性接着剤、３７…開口部、３８…接合材、３９…枕部、４０…底部、５０…絶縁性ベース、５１…蓋体、５２…上面、５５…水晶振動片、５６…導電性接着剤、５７…開口部、５８…接合材、５９…枕部、６１…回路素子、６２…底部、３００…水晶振動子、５００…水晶発振器。

Claims (9)

1. 少なくとも主面に印加される駆動電力によって所定の共振周波数で振動する水晶振動片であって、
   前記主面は、水晶の電気軸をＸ軸、機械軸をＹ軸、光学軸をＺ軸として、前記Ｘ軸を前記Ｚ軸の回りに時計方向に７度以上１７．３度以下の角度φで回転させて設定したＸ´軸に平行な辺と、前記Ｚ軸を前記Ｘ´軸の回りに時計方向に３４．３度以上３５．２５度以下の角度θで回転させたＺ´軸に平行な辺とを含み形成されていることを特徴とする水晶振動片。
2. 請求項１に記載の水晶振動片において、
   前記共振周波数が４８ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下であって、
   前記主面の面積が４．０ｍｍ²以上８．０ｍｍ²以下で形成されていることを特徴とする水晶振動片。
3. 請求項１に記載の水晶振動片において、
   前記共振周波数が２７ＭＨｚ以上４８ＭＨｚ以下であって、
   前記主面は、前記Ｘ軸を前記Ｚ軸の回りに時計方向に８度以上１６度以下の角度φで回転させて設定した前記Ｘ´軸に平行な辺と、前記Ｚ軸を前記Ｘ´軸の回りに時計方向に３４．３度以上且つ３５．２５度以下の角度θで回転させた前記Ｚ´軸に平行な辺とを含み、該主面の面積が１．４ｍｍ²以上２．０ｍｍ²以下で形成されていることを特徴とする水晶振動片。
4. 請求項１に記載の水晶振動片において、
   前記共振周波数が２７ＭＨｚ以上４８ＭＨｚ以下であって、
   前記主面は、前記Ｘ軸を前記Ｚ軸の回りに時計方向に１０度以上１４度以下の角度φで回転させて設定した前記Ｘ´軸に平行な辺と、前記Ｚ軸を前記Ｘ´軸の回りに時計方向に３４．３度以上且つ３５．２５度以下の角度θで回転させた前記Ｚ´軸に平行な辺とを含み、該主面の面積が０．８ｍｍ²以上１．４ｍｍ²以下で形成されていることを特徴とする水晶振動片。
5. 請求項１に記載の水晶振動片において、
   前記共振周波数が４８ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下であって、
   前記主面は、前記Ｘ軸を前記Ｚ軸の回りに時計方向に８度以上１６度以下の角度φで回転させて設定した前記Ｘ´軸に平行な辺と、前記Ｚ軸を前記Ｘ´軸の回りに時計方向に３４．３度以上且つ３５．２５度以下の角度θで回転させた前記Ｚ´軸に平行な辺とを含み、該主面の面積が２．０ｍｍ²以上４．０ｍｍ²以下で形成されていることを特徴とする水晶振動片。
6. 請求項１に記載の水晶振動片において、
   前記共振周波数が４８ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下であって、
   前記主面は、前記Ｘ軸を前記Ｚ軸の回りに時計方向９度以上１５．５度以下の角度φで回転させて設定した前記Ｘ´軸に平行な辺と、前記Ｚ軸を前記Ｘ´軸の回りに時計方向に３４．３度以上且つ３５．２５度以下の角度θで回転させた前記Ｚ´軸に平行な辺とを含み、該主面の面積が１．４ｍｍ²以上２．０ｍｍ²以下で形成されていることを特徴とする水晶振動片。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の水晶振動片において、
   前記角度φが、１１．５度以上、且つ１２．５度以下であることを特徴とする水晶振動片。
8. パッケージと、
   前記パッケージに収納された請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の水晶振動片とを備えていることを特徴とする水晶振動子。
9. 請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の水晶振動片と、
   少なくとも前記水晶振動片を駆動する機能を有する回路部とを備えていることを特徴とする水晶発振器。
   

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