JP2016174265A - 振動子、発振器、電子機器、および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】並列容量が小さく、高いＱ値を有する振動子とこの振動子を備えた発振器、電子
機器、および移動体を提供する。
【解決手段】本発明の振動子としてのＳＣカット水晶振動子１００は、水晶基板としての
ＳＣカット水晶振動片１０の＋Ｙ”軸側の主面１２ａに設けられた励振電極１４ａの中心
がＳＣカット水晶振動片１０の中心より−Ｘ’軸方向に配置され、ＳＣカット水晶振動片
１０の−Ｙ”軸側の主面１２ｂに設けられた励振電極１４ｂの中心がＳＣカット水晶振動
片１０の中心より＋Ｘ’軸方向に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動子、この振動子を備えた発振器、電子機器、および移動体に関する。

従来から、高安定水晶発振器（ＯＣＸＯ：Oven Controlled Xtal Oscillator）は、優
れた周波数精度、周波数温度特性、周波数エージング特性等を有することから、移動体無
線基地局から高精度の測定器まで多くの用途に用いられている。高安定水晶発振器の構造
は、周囲温度が変動しても発振周波数が変化しないように、水晶振動子および発振回路を
恒温槽内に収容した構造となっている。より高精度を要する高安定水晶発振器には、応力
感度や熱衝撃特性に優れている２回回転カットのＳＣカット水晶振動子が用いられており
、ＡＴカット水晶振動子を用いた場合に比べて、応力感度特性や耐熱衝撃特性等に優れた
水晶発振器が得られることが知られている。
一般的に、より高安定の水晶発振器を得るためには、水晶振動子のＱ値をより高めるこ
とができ、特許文献１では、水晶結晶体によって形成されるＡＴカット水晶振動子本体に
取り付けられている一対の励振電極の各中心を結ぶ線を、水晶結晶体の結晶軸であるＸ軸
とＺ’軸を直交するＹ’軸に平行させ、Ｘ軸とＺ’軸とを含む面に、互いに表裏の関係に
ある面に一対の励振電極をそれぞれ配置している。所謂、一対の励振電極がＺ’軸方向に
そって互いに反対方向にずらして配置しているＡＴカット水晶振動子が開示されている。
このような構成とすることで、厚み滑り振動に必要なＹ’軸方向の電界成分を増加させる
と共に並列容量を小さくして振動子としてのＱ値を高め、良好な振動特性を得ている。

特開昭５１−６１２７９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の水晶振動子は、１回回転ＹカットのＡＴカット水晶
振動子について適用できるものであり、２回回転Ｙカットの例えばＳＣカット水晶振動子
では、効率的に電界成分を抽出する方法が明記されておらず高いＱ値を有するＳＣカット
水晶振動子を得ることができないという課題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の
形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る振動子は、水晶の結晶軸である、電気軸としてのＸ軸と、
機械軸としてのＹ軸と、光学軸としてのＺ軸からなる直交座標系の前記Ｘ軸を回転軸とし
て前記Ｙ軸および前記Ｚ軸をα度回転し、各々Ｙ’軸およびＺ’軸とし、前記Ｚ’軸を回
転軸として前記Ｘ軸および前記Ｙ’軸をβ度回転し、各々Ｘ’軸およびＹ”軸とし、前記
Ｘ’軸および前記Ｚ’軸を含む面を主面とし、前記Ｙ”軸に沿った方向を厚さとする２回
回転Ｙカットの水晶基板と、前記水晶基板の互いに表裏の関係にある表裏の主面に設けら
れている励振電極と、を備え、前記水晶基板の＋Ｙ”軸側の主面に設けられた前記励振電
極の中心が前記水晶基板の中心より−Ｘ’軸方向に配置され、前記水晶基板の−Ｙ”軸側
の主面に設けられた前記励振電極の中心が前記水晶基板の中心より＋Ｘ’軸方向に配置さ
れていることを特徴とする。

本適用例によれば、水晶基板の表裏の主面に設けられた励振電極において、水晶基板の
＋Ｙ”軸側の主面に設けられた励振電極の中心が水晶基板の中心より−Ｘ’軸方向に配置
され、水晶基板の−Ｙ”軸側の主面に設けられた励振電極の中心が水晶基板の中心より＋
Ｘ’軸方向に配置されているので、Ｙ軸方向に沿って発生する電荷を励振電極によって効
率的に抽出することができ、Ｑ値の良好な振動子を得ることができるという効果がある。

［適用例２］上記適用例に記載の振動子において、前記水晶基板は、前記Ｙ”軸方向か
らの平面視で円板状であり、少なくとも一方の主面にコンベックス加工が施されているこ
とが好ましい。

本適用例によれば、水晶基板を円板状とすることで、水晶基板の輪郭寸法に起因する副
振動の発生を低減し、主振動との結合を少なくすることができる。また、水晶基板にコン
ベックス加工を施すことにより、厚み滑り振動モードである主振動の振動エネルギーを水
晶基板の中央部分（振動領域）に集中させ、周縁での支持の影響を小さくすることができ
、小型化が図れる。従って、主振動と副振動との結合が少なく、Ｑ値の良好な小型の振動
子を得ることができる。

［適用例３］上記適用例に記載の振動子において、前記水晶基板は、ＳＣカット水晶振
動片であることが好ましい。

本適用例によれば、水晶基板を応力感度や熱衝撃特性に優れているＳＣカット水晶振動
片とすることで、応力感度特性や耐熱衝撃特性等に優れ、Ｑ値の良好な振動子を得ること
ができる。

［適用例４］上記適用例に記載の振動子において、前記水晶基板の＋Ｙ”軸側の主面に
設けられた前記励振電極の中心と前記水晶基板の中心との間隔の長さおよび前記水晶基板
の−Ｙ”軸側の主面に設けられた前記励振電極の中心と前記水晶基板の中心との間隔の長
さをＬとし、前記水晶基板の中心におけるＹ”軸方向に沿った厚さをｔとしたとき、０．
１７≦（Ｌ／ｔ）≦０．７６の関係であることが好ましい。

本適用例によれば、ＳＣカット水晶振動片において、水晶基板の＋Ｙ”軸側および−Ｙ
”軸側の主面に設けられた励振電極の中心と水晶基板の中心との間隔の長さＬと、水晶基
板の中心における厚さｔと、を０．１７≦（Ｌ／ｔ）≦０．７６の関係とすることで、水
晶基板の＋Ｙ”軸側および−Ｙ”軸側の主面に設けられた励振電極の中心と水晶基板の中
心とを重ねて形成したＳＣカット水晶振動片に比べ、Ｙ軸方向に沿って発生する電荷を効
率的に抽出することができ、Ｑ値の良好なＳＣカット水晶振動子を得ることができる。

［適用例５］上記適用例に記載の振動子において、前記水晶基板は、ＩＴカット水晶振
動片であることが好ましい。

本適用例によれば、ＡＴカット水晶振動片と同様の三次曲線状の温度特性を有し、かつ
その変極点が約７４℃であるＩＴカット水晶振動片は、変極点よりも高温側の極値である
９５℃前後を恒温槽の設定温度とすることができるので、使用温度範囲の高温域が約８５
℃までと広く、且つ応力感度特性や耐熱衝撃特性等に優れた高安定発振器を構成すること
ができる。

［適用例６］上記適用例に記載の振動子において、前記水晶基板の＋Ｙ”軸側の主面に
設けられた前記励振電極の中心と前記水晶基板の中心との間隔の長さおよび前記水晶基板
の−Ｙ”軸側の主面に設けられた前記励振電極の中心と前記水晶基板の中心との間隔の長
さをＬとし、前記水晶基板の中心におけるＹ”軸方向に沿った厚さをｔとしたとき、０．
１５≦（Ｌ／ｔ）≦０．６６の関係であることが好ましい。

本適用例によれば、ＩＴカット水晶振動片において、水晶基板の＋Ｙ”軸側および−Ｙ
”軸側の主面に設けられた励振電極の中心と水晶基板の中心との間隔の長さＬと、水晶基
板の中心における厚さｔと、を０．１５≦（Ｌ／ｔ）≦０．６６の関係とすることで、水
晶基板の＋Ｙ”軸側および−Ｙ”軸側の主面に設けられた励振電極の中心と水晶基板の中
心とを重ねて形成したＩＴカット水晶振動片に比べ、Ｙ軸方向に沿って発生する電荷を効
率的に抽出することができ、Ｑ値の良好なＩＴカット水晶振動子を得ることができる。

［適用例７］本適用例に係る発振器は、上記適用例に記載の振動子と、前記振動子を発
振させるための発振回路を含む電子部品と、前記振動子と前記電子部品とを収容するパッ
ケージと、を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、Ｑ値の良好な振動子を備えているため、安定な周波数特性を有する
発振器を構成することができるという効果がある。

［適用例８］本適用例に係る電子機器は、上記適用例に記載の振動子を備えていること
を特徴とする。

本適用例によれば、Ｑ値の良好な振動子を備えているため、安定性に優れた電子機器を
構成することができるという効果がある。

［適用例９］本適用例に係る移動体は、上記適用例に記載の振動子を備えていることを
特徴とする。

本適用例によれば、Ｑ値の良好な振動子を備えているため、安定性に優れた移動体を構
成することができるという効果がある。

本発明の第１実施形態に係る振動子の構成を示す概略平面図。 図１におけるＡ−Ａ線の概略断面図。 図１におけるＢ−Ｂ線の概略断面図。 本発明の実施形態に係る水晶基板の切断角度を説明する図であり、（ａ）は１回目の回転における切断角度を説明する図、（ｂ）は２回目の回転における切断角度を説明する図。 本発明の実施形態に係る水晶基板の厚み滑り振動のＸ’軸方向の変位量を示す概略平面図。 図５におけるＣ−Ｃ線の各位置における厚み滑り振動のＸ’軸方向の変位量を示す図。 本発明の実施形態に係る水晶基板のＬ／ｔに対するＣＩ（クリスタルインピーダンス）値上昇率を示す図。 本発明の実施形態に係る水晶基板の回転角度βに対する最小ＣＩ値を有するＬ／ｔを示す図。 本発明の第３実施形態に係る振動子の構成を示す概略断面図。 本発明の実施形態に係る振動子を備える発振器の構成を示す概略平面図。 図１０におけるＤ−Ｄ線の概略断面図。 本発明の実施形態に係る振動子を備える電子機器としてのモバイル型（又はノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図。 本発明の実施形態に係る振動子を備える電子機器としての携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図。 本発明の実施形態に係る振動子を備える電子機器としてのデジタルカメラの構成を示す斜視図。 本発明の実施形態に係る振動子を備える移動体としての自動車の構成を示す斜視図。

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。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図におい
ては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際と
は異ならせている。また、図１〜図９において、図６〜図８を除いては、２回回転Ｙカッ
トの水晶基板における互いに直交する３軸の結晶軸を、Ｘ’軸、Ｙ”軸、およびＺ’軸と
して図示しており、その図示した矢印の先端側を「＋側」、基端側を「−側」としている
。また、以下の説明では、Ｘ’軸に平行な方向を「Ｘ’軸方向」と言い、Ｙ”軸に平行な
方向を「Ｙ”軸方向」と言い、Ｚ’軸に平行な方向を「Ｚ’軸方向」と言う。更に、Ｙ”
軸方向から見たときの平面視において、Ｙ”軸方向の面を主面として説明する。

（振動子）
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る振動子の一例として、２回回転ＹカットのＳＣカット水晶
振動片を有するＳＣカット水晶振動子を挙げ、図１〜図４を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る振動子の構成を示す概略平面図である。なお、図
１において、ＳＣカット水晶振動子１００の内部の構成を説明する便宜上、リッド６０を
取り外した状態を図示している。図２は、図１におけるＡ−Ａ線の概略断面図である。図
３は、図１におけるＢ−Ｂ線の概略断面図である。図４は、本発明の実施形態に係る水晶
基板としてのＳＣカット振動片の切断角度を説明する図であり、図４（ａ）は１回目の回
転における切断角度を説明する図、図４（ｂ）は２回目の回転における切断角度を説明す
る図である。

本発明の第１実施形態に係る振動子としてのＳＣカット水晶振動子１００は、図１およ
び図２に示すように、支持部３６が設けられているベース３０と、支持部３６に１点支持
されている円板状の水晶基板としてのＳＣカット水晶振動片１０と、リッド６０と、を含
み構成されている。

（ベース）
ベース３０は、図２に示すように、平板状の第１基板３２と、第１基板３２上に枠状の
第２基板３４と、を積層し固着して形成され、ＳＣカット水晶振動片１０を収容するキャ
ビティー４４が形成される。ベース３０のキャビティー４４が形成されている側とは反対
側の主面には、複数の外部端子４２ａ，４２ｂが設けられている。また、ベース３０のキ
ャビティー４４が形成されている側の主面には、ＳＣカット水晶振動片１０を支持するた
めの支持部３６と、電極パッド３８ｂと、支持部３６上に形成されている電極パッド３８
ａと外部端子４２ａとを電気的に接続する配線４０ａと、電極パッド３８ｂと外部端子４
２ｂとを電気的に接続する配線４０ｂとが設けられている。なお、配線４０ａ，４０ｂは
、図示しない貫通電極や層間配線を介して、外部端子４２ａ，４２ｂと電気的に接続され
ている。

支持部３６の電極パッド３８ａ上には、導電性バンプや導電性接着剤等の接合部材５２
を介してＳＣカット水晶振動片１０が１点支持の状態で固定され、且つＳＣカット水晶振
動片１０に設けられているリード電極１６ｂ（図２参照）と電気的に接続されている。こ
こで、ＳＣカット水晶振動片１０を接合部材５２で１点支持の状態で固定することにより
、ＳＣカット水晶振動片１０に加わる接合部材５２の硬化時の歪やベース３０との線膨張
係数差による歪等によって生じる応力の影響を低減できる。

ＳＣカット水晶振動片１０を収容したベース３０のキャビティー４４は、封止部材６２
を介してリッド６０によりほぼ真空の減圧雰囲気で気密封止されている。ほぼ真空の減圧
雰囲気で気密封止することにより、ベース３０やリッド６０の外周部からの熱を断熱する
ことができるので、高安定な周波数特性を有するＳＣカット水晶振動子１００を得ること
ができる。

なお、本実施形態におけるベース３０の第１基板３２と第２基板３４とは、絶縁性を有
するセラミックス材料で構成されている。このような形成材料としては、特に限定されず
、例えば、アルミナ、シリカ、ジルコニア等の酸化物系セラミックス、窒化ケイ素、窒化
アルミニウム、窒化チタン等の窒化物系セラミックス、炭化ケイ素等の炭化物系セラミッ
クス等を用いることができる。また、第１基板３２に設けられた電極パッド３８ａ，３８
ｂ、配線４０ａ，４０ｂ、および外部端子４２ａ，４２ｂ等は、タングステン（Ｗ）、モ
リブデン（Ｍｏ）等の金属配線材料を基板上にスクリーン印刷して焼成し、その上にニッ
ケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）等のめっきを施すことにより形成されている。

（水晶基板）
ＳＣカット水晶振動片１０は、円形の板状であり、ＳＣカット水晶振動片１０の両主面
１２ａ，１２ｂには、それぞれ対向するように励振電極１４ａ，１４ｂと、ベース３０に
設けられている電極パッド３８ａ，３８ｂと励振電極１４ａ，１４ｂとをそれぞれ電気的
に接続するためのリード電極１６ａ，１６ｂと、が形成されている。

ＳＣカット水晶振動片１０の両主面１２ａ，１２ｂに設けられている励振電極１４ａ，
１４ｂは、図１および図３に示すように、ＳＣカット水晶振動片１０の＋Ｙ”軸側の主面
１２ａに設けられた励振電極１４ａの中心Ｃ１がＳＣカット水晶振動片１０の中心Ｃ０よ
り−Ｘ’軸方向に長さＬ離れた位置に配置されている。また、ＳＣカット水晶振動片１０
の−Ｙ”軸側の主面１２ｂに設けられた励振電極１４ｂの中心Ｃ２がＳＣカット水晶振動
片１０の中心Ｃ０より＋Ｘ’軸方向に長さＬ離れた位置に配置されている。なお、励振電
極１４ａ，１４ｂの中心Ｃ１，Ｃ２とＳＣカット水晶振動片１０の中心Ｃ０との間隔の長
さＬと、ＳＣカット水晶振動片１０の中心Ｃ０における厚さｔと、の関係については、詳
細を後述する。

また、ＳＣカット水晶振動片１０はベース３０上に搭載され、主面１２ａに設けられた
励振電極１４ａはリード電極１６ａと、金（Ａｕ）線やアルミニウム（Ａｌ）線等の金属
からなるボンディングワイヤー５０と、を介して電極パッド３８ｂに電気的に接続される
。また、主面１２ｂに設けられた励振電極１４ｂはリード電極１６ｂと、接合部材５２と
、を介して電極パッド３８ａに電気的に接続される。

ＳＣカット水晶振動片１０に形成された励振電極１４ａ，１４ｂおよびリード電極１６
ａ，１６ｂは、ＳＣカット水晶振動片１０の両主面１２ａ，１２ｂに、先ず、クロム（Ｃ
ｒ）等を成膜し、次に、クロム（Ｃｒ）の上に金（Ａｕ）等を積層して形成されている。
このクロム（Ｃｒ）や金（Ａｕ）の電極膜は、真空蒸着法やスパッタリング法等によりメ
タルマスクを用いる方法、又は、ＳＣカット水晶振動片１０の両主面１２ａ，１２ｂに成
膜された後、フォトリソグラフィ法によってメタルエッチングする方法等で、所望の形状
に形成されている。なお、ＳＣカット水晶振動片１０と金（Ａｕ）の電極膜との密着性を
高めるための電極膜の形成材料は、クロム（Ｃｒ）に限定されず、ニッケルクロム（Ｎｉ
Ｃｒ）合金やニッケル（Ｎｉ）であっても構わない。また、安定な振動特性や長期安定性
を得るために必要な電極膜の形成材料は、金（Ａｕ）に限定されず、白金（Ｐｔ）や銀（
Ａｇ）であっても構わない。

なお、本実施形態に係るＳＣカット水晶振動片１０は、円形の板状を例に説明したが、
これに限定されず、矩形状の平板形状であっても構わない。矩形状とすることで、１点支
持における支持方向を正確にすることができる。

次に、ＳＣカット水晶振動片１０の切断角度について、図４を参照して詳細に説明する
。
ＳＣカット水晶振動片１０は、水晶の結晶軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＸ軸を回転軸としてＹ軸
およびＺ軸をα度回転してＹ’軸およびＺ’軸とし、その後、Ｚ’軸を回転軸としてＸ軸
およびＹ’軸をβ度回転してＸ’軸およびＹ”軸としてなる結晶軸（Ｘ’，Ｙ”，Ｚ’）
のＹ”軸に主面１２ａ，１２ｂが直交した板状の水晶基板である。

ＳＣカット水晶振動片１０は、先ず、図４（ａ）に示すように、互いに直交する結晶軸
Ｘ、Ｙ、Ｚを有し、Ｘ軸は電気軸、Ｙ軸は機械軸、Ｚ軸は光学軸と、それぞれ呼称され、
ＸＺ面をＸ軸の回りに角度αを所定の角度３３°〜３５°左回転させて得られる平面に沿
って切り出される。その後、図４（ｂ）に示すように、新たなＸ’Ｚ’面をＺ’軸の回り
に角度βを所定の角度２１°〜２３°左回転させて得られる平面に沿って切り出され、Ｙ
”軸に直交する面を有する平板である。所謂、２回回転Ｙカット水晶基板である。

ＳＣカット水晶振動片１０は、直交する結晶軸Ｘ’、Ｙ”、Ｚ’を有し、厚み方向がＹ
”軸であり、Ｙ”軸に直交するＸ’軸とＺ’軸を含む面が主面であり、主面に厚み滑り振
動が主振動として励振され、応力感度特性や耐熱衝撃特性等に優れている。

次に、励振電極１４ａ，１４ｂの中心Ｃ１，Ｃ２とＳＣカット水晶振動片１０の中心Ｃ
０との間隔の長さＬと、ＳＣカット水晶振動片１０の中心Ｃ０における厚さｔと、の関係
について、図５〜図７を参照して詳細に説明する。
図５は、本発明の実施形態に係る水晶基板の主振動である厚み滑り振動のＸ’軸方向の
変位量を示す概略平面図である。図６は、図５における水晶基板のＣ−Ｃ線の各位置にお
ける厚み滑り振動のＸ’軸方向の変位量を示す図である。図７は、本発明の実施形態に係
る水晶基板のＬ／ｔに対するＣＩ値上昇率を示す図である。

なお、図５〜図７は、ＳＣカット水晶振動片１０を図２に示すように１点支持固定とし
、有限要素法（ＦＥＭ）により、振動解析を行った解析結果であり、図５は、ＳＣカット
水晶振動片１０の厚み滑り振動のＸ’軸方向の変位量の大小を色分けして示したものであ
る。また、図６および図７は、ＳＣカット水晶振動片１０の解析結果と共に、比較として
ＡＴカット水晶振動片についても同様の条件で有限要素法（ＦＥＭ）を行った解析結果を
示している。なお、ＡＴカット水晶振動片は、図４（ａ）に示す角度αを所定の角度約３
５．２５°だけ左回転させて得られる平面に沿って切り出された平板であり、所謂、１回
回転Ｙカット水晶基板である。

本実施形態に係るＳＣカット水晶振動片１０の主振動である厚み滑り振動は、図５に示
すように、ＳＣカット水晶振動片１０の中央部で変位量が最大であり、周縁に向かって変
位量が小さくなり、支持領域近傍では変位量が最小となる。なお、ＳＣカット水晶振動片
１０の変位量の最大値は、図６に示すように、ＡＴカット水晶振動片が水晶基板の中心Ｃ
０付近であるのに対し、＋Ｘ’軸方向にずれている。これは、ＳＣカット水晶振動片１０
が２回回転Ｙカット水晶基板であり、ＡＴカット水晶振動片に比べ更にＺ’軸を回転軸と
して回転したことにより、電荷の発生方向であるＹ軸が＋Ｘ’軸方向にずれたためと考え
られる。

そこで、図３に示すように、ＳＣカット水晶振動片１０の中心Ｃ０に対して、＋Ｙ”軸
側の主面１２ａに設けられた励振電極１４ａの中心Ｃ１を−Ｘ’軸方向に長さＬだけ離し
て配置し、−Ｙ”軸側の主面１２ｂに設けられた励振電極１４ｂの中心Ｃ２を＋Ｘ’軸方
向に長さＬだけ離して配置した場合のＣＩ（クリスタルインピーダンス）値を有限要素法
（ＦＥＭ）により振動解析して算出した。励振電極１４ａ，１４ｂの中心Ｃ１，Ｃ２とＳ
Ｃカット水晶振動片１０の中心Ｃ０との間隔の長さＬをＳＣカット水晶振動片１０の中心
Ｃ０における厚さｔで除算したＬ／ｔと、ＣＩ値の最小値に対するＣＩ値上昇率と、の関
係を示したのが図７である。なお、比較としてＡＴカット水晶振動片の解析結果について
も図７に示してある。

ＡＴカット水晶振動片のＣＩ値最小値はＬ／ｔが０であるのに対し、ＳＣカット水晶振
動片１０のＣＩ値最小値はＬ／ｔが０．４６のときである。この結果より、Ｌ／ｔを０．
１７以上０．７６以下の範囲とすることで、ＳＣカット水晶振動片１０のＣＩ値最小値に
対するＣＩ値上昇率を１％以下とすることができる。従って、ＳＣカット水晶振動片１０
におけるＬ／ｔを０．４６とすることで、Ｑ値を最大値とすることができ、Ｌ／ｔを０．
１７以上０．７６以下の範囲とすることで、最大のＱ値に対してＱ値低下率を１％以下に
抑えることができる。

以上、第１実施形態に係る振動子としてのＳＣカット水晶振動子１００において、水晶
基板としてのＳＣカット水晶振動片１０の両主面１２ａ，１２ｂに設けられた励振電極１
４ａ，１４ｂを、ＳＣカット水晶振動片１０の＋Ｙ”軸側の主面１２ａに設けられた励振
電極１４ａの中心がＳＣカット水晶振動片１０の中心より−Ｘ’軸方向に配置している。
また、ＳＣカット水晶振動片１０の−Ｙ”軸側の主面１２ｂに設けられた励振電極１４ｂ
の中心がＳＣカット水晶振動片１０の中心より＋Ｘ’軸方向に配置している。そのため、
Ｙ軸方向に沿って発生する電荷を励振電極１４ａ，１４ｂによって効率的に抽出すること
ができ、Ｑ値の良好なＳＣカット水晶振動子１００を得ることができる。

また、応力感度や熱衝撃特性に優れているＳＣカット水晶振動片１０を水晶基板として
用いることにより、応力感度特性や耐熱衝撃特性等に優れ、Ｑ値の良好なＳＣカット水晶
振動子１００を得ることができる。

また、ＳＣカット水晶振動片１０において、ＳＣカット水晶振動片１０の＋Ｙ”軸側お
よび−Ｙ”軸側の主面１２ａ，１２ｂに設けられた励振電極１４ａ，１４ｂの中心とＳＣ
カット水晶振動片１０の中心との間隔の長さＬと、ＳＣカット水晶振動片１０の中心にお
ける厚さｔと、を０．１７≦（Ｌ／ｔ）≦０．７６の関係とする。このような関係とする
ことで、ＳＣカット水晶振動片１０の＋Ｙ”軸側および−Ｙ”軸側の主面１２ａ，１２ｂ
に設けられた励振電極１４ａ，１４ｂの中心とＳＣカット水晶振動片１０の中心とを重ね
て形成した場合に比べ、Ｙ軸方向に沿って発生する電荷を効率的に抽出することができ、
Ｑ値の良好なＳＣカット水晶振動子１００を得ることができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る振動子としてのＩＴカット水晶振動子１０１につい
て、図８を参照して説明する。
図８は、本発明の実施形態に係る水晶基板の回転角度βに対する最小ＣＩ値を有するＬ
／ｔを示す図である。

第２実施形態に係る振動子としてのＩＴカット水晶振動子１０１は、図１〜図３に示す
第１実施形態に係るＳＣカット水晶振動子１００と同様の構成であり、違いはＳＣカット
水晶振動片１０の代わりにＩＴカット水晶振動片１１を用いている点である。ＩＴカット
水晶振動片１１は、ＳＣカット水晶振動片１０と同様に、先ず、ＸＺ面をＸ軸の回りに所
定の角度３３°〜３５°左回転させて得られる平面に沿って切り出される。その後、新た
なＸ’Ｚ’面をＺ’軸の回りに所定の角度１８°〜２０°左回転させて得られる平面に沿
って切り出され、Ｙ”軸に直交する面を有する平板である。

また、ＩＴカット水晶振動片１１は、直交する結晶軸Ｘ’軸、Ｙ”軸、Ｚ’軸を有し、
厚み方向がＹ”軸であり、Ｙ”軸に直交するＸ’軸とＺ’軸を含む面が主面であり、主面
に厚み滑り振動が主振動として励振され、ＳＣカット水晶振動片１０と同様に、応力感度
特性や耐熱衝撃特性等に優れている。

第２実施形態に係るＩＴカット水晶振動片１１と、第１実施形態に係るＳＣカット水晶
振動片１０と、の違いは、三次曲線状の温度特性の変極点が異なる点である。ＳＣカット
水晶振動片１０の変極点が約９４℃であるのに対し、ＩＴカット水晶振動片１１の変極点
は約７４℃とＳＣカット水晶振動片１０の変極点に比べ低い。そのため、高安定発振器に
用いた場合、一般的に、ＳＣカット水晶振動片１０は変極点よりも低温側の極値である７
５℃前後を恒温槽の設定温度としているので、使用温度範囲の高温域が約７０℃である。
これに対して、ＩＴカット水晶振動片１１は変極点よりも高温側の極値である９５℃前後
を恒温槽の設定温度とすることができるので、使用温度範囲の高温域を約８５℃まで広げ
ることができる。なお、ＳＣカット水晶振動片１０の変極点よりも高温側の極値は１１５
℃前後であるため、恒温槽の設定温度とすると高安定発振器の消費電力が大きくなり、変
極点よりも高温側の極値は恒温槽の設定温度として適用されていない。

次に、ＩＴカット水晶振動片１１における励振電極の中心と水晶基板の中心との間隔の
長さＬと、水晶基板の中心における厚さｔと、の関係について述べる。
図８において、実線は、図７の解析結果から算出したＡＴカット水晶振動片とＳＣカッ
ト水晶振動片１０、およびＩＴカット水晶振動片１１の解析結果から算出した最小ＣＩ値
を得るＬ／ｔの値のプロットの近似直線であり、２点鎖線はＺ’軸回りの回転角度βに対
する最小ＣＩ値上昇率が１％となるＬ／ｔ値の上限と下限を示している。

図８より、ＩＴカット水晶振動片１１のＣＩ値最小値はＬ／ｔが０．４であり、Ｌ／ｔ
を０．１５以上０．６６以下の範囲とすることで、ＩＴカット水晶振動片１１のＣＩ値最
小値に対するＣＩ値上昇率を１％以下とすることができる。従って、ＩＴカット水晶振動
片１１におけるＬ／ｔを０．４とすることで、Ｑ値を最大値とすることができ、Ｌ／ｔを
０．１５以上０．６６以下の範囲とすることで、最大のＱ値に対してＱ値低下率を１％以
下に抑えることができる。

以上、第２実施形態に係る振動子としてのＩＴカット水晶振動子１０１において、三次
曲線状の温度特性を有し、且つその変極点が約７４℃であるＩＴカット水晶振動片１１を
用いることにより、変極点よりも高温側の極値である９５℃前後を恒温槽の設定温度とす
ることができるので、使用温度範囲の高温域が約８５℃までと広く、且つ応力感度特性や
耐熱衝撃特性等に優れた高安定発振器を構成することができる。

また、ＩＴカット水晶振動片１１において、ＩＴカット水晶振動片１１の＋Ｙ”軸側お
よび−Ｙ”軸側の主面に設けられた励振電極の中心とＩＴカット水晶振動片１１の中心と
の間隔の長さＬと、ＩＴカット水晶振動片１１の中心における厚さｔと、を０．１５≦（
Ｌ／ｔ）≦０．６６の関係とする。このような関係とすることで、ＩＴカット水晶振動片
１１の＋Ｙ”軸側および−Ｙ”軸側の主面に設けられた励振電極の中心と水晶基板の中心
とを重ねて形成した場合に比べ、Ｙ軸方向に沿って発生する電荷を効率的に抽出すること
ができ、Ｑ値の高いＩＴカット水晶振動子１０１を得ることができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る振動子としてのＳＣカット水晶振動子１００ａにつ
いて、図９を参照して説明する。
図９は、本発明の第３実施形態に係る振動子の構成を示す概略断面図である。
以下、第３施形態に係るＳＣカット水晶振動子１００ａについて、前述した第１実施形
態のＳＣカット水晶振動子１００との相違点を中心に説明する。また、同様の構成には、
同一符号を付してあり、同様の事項については、その説明を省略する。

第３実施形態に係るＳＣカット水晶振動子１００ａは、ＳＣカット水晶振動片１０ａが
円板状であり、一方の主面１３ａにコンベックス加工が施され、他方の主面１３ｂは平面
状であるプラノコンベックス形状である。そのため、水晶基板の輪郭寸法に起因する副振
動の発生を低減でき、主振動である厚み滑り振動の振動エネルギーを水晶基板の中央部分
（振動領域）に集中させ、周縁での支持の影響を小さくすることができ、ＳＣカット水晶
振動片１０ａの小型化を図ることができる。

なお、本実施形態では、プラノコンベックス形状のＳＣカット水晶振動片１０ａを一例
として挙げたが、両主面１３ａ，１３ｂにコンベックス加工を施したバイコンベックス形
状であっても構わない。バイコンベックス形状とすることで、水晶基板の輪郭寸法に起因
する副振動の発生をより低減でき、主振動である厚み滑り振動の振動エネルギーを水晶基
板の中央部分（振動領域）に集中させ、周縁での支持の影響をより小さくすることができ
、ＳＣカット水晶振動片１０ａのより小型化を図ることができる。

また、プラノコンベックス形状やバイコンベックス形状のＩＴカット水晶振動片１１で
あっても構わない。プラノコンベックス形状やバイコンベックス形状のＩＴカット水晶振
動片１１とすることで、より小型で使用温度範囲の広い高安定発振器を構成することがで
きる。

また、ＳＣカット水晶振動片１０ａの一方の主面１３ａに中央部分（振動領域）の厚み
が周縁よりも厚いメサ形状や多段メサ形状が施されたり、両主面１３ａ，１３ｂにメサ形
状や多段メサ形状が施されていても構わない。メサ形状や多段メサ形状を施すことでプラ
ノコンベックス形状やバイコンベックス形状と同様に、水晶基板の輪郭寸法に起因する副
振動の発生を低減でき、主振動である厚み滑り振動の振動エネルギーを水晶基板の中央部
分（振動領域）に集中させ、周縁での支持の影響を小さくすることができる。更に、メサ
形状や多段メサ形状は、プラノコンベックス形状やバイコンベックス形状に比べ、フォト
リソグラフィ技術で加工することができるので、大型基板から多数個取りができ、低コス
ト化に有利である。

以上、第３実施形態に係る振動子としてのＳＣカット水晶振動子１００ａにおいて、Ｓ
Ｃカット水晶振動片１０ａを円板状とすることで、ＳＣカット水晶振動片１０ａの輪郭寸
法に起因する副振動の発生を低減し、主振動である厚み滑り振動との結合を少なくするこ
とができる。また、ＳＣカット水晶振動片１０ａにコンベックス加工を施すことにより、
主振動である厚み滑り振動の振動エネルギーを水晶基板の中央部分（振動領域）に集中さ
せ、周縁での支持の影響を小さくすることができ、小型化が図れる。従って、主振動であ
る厚み滑り振動と副振動との結合が少なく、主振動のＱ値が良好な、高安定な周波数特性
を有する小型のＳＣカット水晶振動子１００ａを得ることができる。

（発振器）
次に、本発明の実施形態に係るＳＣカット水晶振動子１００を備えた発振器の一例とし
て、高安定水晶発振器（ＯＣＸＯ）２００を挙げ、図１０および図１１を参照して説明す
る。
図１０は、本発明の実施形態に係るＳＣカット水晶振動子１００を備える発振器の構造
を示す概略平面図である。図１１は、図１０に示すＤ−Ｄ線の概略断面図である。なお、
図１０において、ＯＣＸＯ２００の内部の構成を説明する便宜上、カバー１２０を取り外
した状態を図示している。

ＯＣＸＯ２００は、図１０および図１１に示すように、ＳＣカット水晶振動子１００と
、ＳＣカット水晶振動子１００を発振させるための発振回路を含む電子部品１４０と、Ｓ
Ｃカット水晶振動子１００と電子部品１４０とを収容するベース１１２とカバー１２０か
らなるパッケージ１１０と、を含み構成されている。

ベース１１２には、複数の貫通している孔が設けられており、その孔に端子１１４が挿
入され、熱伝導性の低いガラス等の絶縁部材１１８を介して、複数の端子１１４が固着（
ハーメチックシール）されている。また、ＳＣカット水晶振動子１００が配置される側と
反対側の面には、ＯＣＸＯ２００を搭載する実装基板（図示せず）に発熱体１５０の熱が
放熱されるのを防止するための複数の突起部１１６が設けられている。
端子１１４には、半田等の導電性の接合部材（図示せず）を介して、ＳＣカット水晶振
動子１００や電子部品１４０，１４２，１４４，１４６等を搭載する配線基板１３０が電
気的に接続されている。

配線基板１３０の表裏の主面には、配線パターン（図示せず）が形成されており、ＳＣ
カット水晶振動子１００、ＳＣカット水晶振動子１００を発振させるための発振回路を含
む電子部品１４０、感温素子やコイルやコンデンサー等の電子部品１４２，１４４，１４
６、およびＳＣカット水晶振動子１００を設定温度（ＳＣカット水晶振動子の場合には、
約８０℃）に維持するための発熱体１５０が搭載されている。なお、パワートランジスタ
ー、抵抗発熱体等の発熱体１５０は、熱を効率的にＳＣカット水晶振動子１００へ伝える
ために、配線基板１３０を挟みＳＣカット水晶振動子１００と対向する位置に配置されて
いる。

また、配線基板１３０は、ベース１１２と間隔を隔てて、端子１１４に接続されている
ので、発熱体１５０の熱をベース１１２に直接放熱するのを防止している。なお、パッケ
ージ１１０の内部は真空等の減圧雰囲気又は窒素（Ｎ）、アルゴン（Ａｒ）、およびヘリ
ウム（Ｈｅ）等の不活性気体雰囲気に気密封止されている。

ＯＣＸＯ２００は、ＳＣカット水晶振動子１００や発熱体１５０を搭載した配線基板１
３０を端子１１４により、パッケージ１１０内の中空に配置する構造で、また、ベース１
１２に複数の突起部１１６を設けた構成であるため、発熱体１５０の熱が外部へ放熱する
のを低減し、高い周波数安定性を有することができる。

パッケージ１１０のベース１１２やカバー１２０および端子１１４の構成材料には、４
２アロイ（鉄ニッケル合金）等の熱伝導率の低い鉄系の合金にニッケルめっきを施したも
のが好適である。

また、配線基板１３０は、絶縁性を有するガラスエポキシ樹脂やセラミックス等の材料
で構成されている。また、配線基板１３０に設けられた配線は全面に銅箔が施された基板
からエッチングする方法やタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等の金属配線材料を
基板上にスクリーン印刷して焼成し、その上にニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）等のめっき
を施す方法で形成されている。

更に、上記実施形態では、振動子としてＳＣカット水晶振動子１００を例に説明したが
、これに限定されず、ＩＴカット水晶振動子１０１でも構わない。

（電子機器）
次に、本発明の実施形態に係る振動子としてのＳＣカット水晶振動子１００を備えた電
子機器について、図１２〜図１４を参照して詳細に説明する。
図１２は、本発明の実施形態に係る振動子を備えている電子機器としてのモバイル型（
又はノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。この図において
、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と
、表示部１０００を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０
６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このよう
なパーソナルコンピューター１１００には、ＳＣカット水晶振動子１００が内蔵されてい
る。

図１３は、本発明の実施形態に係る振動子を備えている電子機器としての携帯電話機（
ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。この図において、携帯電話機１２００は、複
数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２
０２と受話口１２０４との間には、表示部１０００が配置されている。このような携帯電
話機１２００には、ＳＣカット水晶振動子１００が内蔵されている。

図１４は、本発明の実施形態に係る振動子を備えている電子機器としてのデジタルカメ
ラの構成を示す斜視図である。尚、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示
されている。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光する
のに対し、デジタルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device
）等の撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。

デジタルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１０
００が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部
１０００は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケー
ス１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤ等を含む受
光ユニット１３０４が設けられている。

撮影者が表示部１０００に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を
押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納され
る。また、このデジタルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信
号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。

そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１３３０
が、データ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１３４０が、それ
ぞれ必要に応じて接続される。更に、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された
撮像信号が、テレビモニター１３３０や、パーソナルコンピューター１３４０に出力され
る構成になっている。このようなデジタルカメラ１３００には、ＳＣカット水晶振動子１
００が内蔵されている。

なお、本発明の実施形態に係る振動子としてのＳＣカット水晶振動子１００を備えてい
る電子機器としては、図１２のパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピ
ューター）１１００、図１３の携帯電話機１２００、図１４のデジタルカメラ１３００の
他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラッ
プトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー
、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電
卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テ
レビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計
、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類
（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター等がある。

（移動体）
次に、本発明の実施形態に係る振動子としてのＳＣカット水晶振動子１００を備えた移
動体について、図１５を参照して説明する。
図１５は、本発明の移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図である。移動体
としての自動車１４００には、振動子としてのＳＣカット水晶振動子１００が搭載されて
いる。例えば、同図に示すように、自動車１４００の車体１４０１には、ＳＣカット水晶
振動子１００を内蔵してタイヤ１４０３等を制御する電子制御ユニット１４０２が搭載さ
れている。また、ＳＣカット水晶振動子１００は、キーレスエントリー、イモビライザー
、ナビゲーションシステム、エアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ：Antilo
ck Brake System）、エアバック、タイヤプレッシャーモニタリングシステム（ＴＰＭＳ
：Tire Pressure Monitoring System）、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や
電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：elec
tronic control unit）に広く適用できる。

以上、本発明の実施形態に係る振動子（ＳＣカット水晶振動子１００，１００ａ、ＩＴ
カット水晶振動子１０１）、発振器（ＯＣＸＯ２００）、電子機器（パーソナルコンピュ
ーター１１００、携帯電話機１２００、デジタルカメラ１３００）、および移動体（自動
車１４００）について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定さ
れるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換すること
ができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形
態を適宜組み合わせてもよい。

１０，１０ａ…水晶基板としてのＳＣカット水晶振動片、１１…水晶基板としてのＩＴ
カット水晶振動片、１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ…主面、１４ａ，１４ｂ…励振電極
、１６ａ，１６ｂ…リード電極、３０…ベース、３２…第１基板、３４…第２基板、３６
…支持部、３８ａ，３８ｂ…電極パッド、４０ａ，４０ｂ…配線、４２ａ，４２ｂ…外部
端子、４４…キャビティー、５０…ボンディングワイヤー、５２…接合部材、６０…リッ
ド、６２…封止部材、１００，１００ａ…振動子としてのＳＣカット水晶振動子、１０１
…振動子としてのＩＴカット水晶振動子、１１０…パッケージ、１１２…ベース、１１４
…端子、１１６…突起部、１１８…絶縁部材、１２０…カバー、１３０…配線基板、１４
０，１４２，１４４，１４６…電子部品、１５０…発熱体、２００…発振器としてのＯＣ
ＸＯ、１１００…パーソナルコンピューター、１２００…携帯電話機、１３００…デジタ
ルカメラ、１４００…自動車、Ｃ０…水晶基板の中心、Ｃ１…水晶基板の＋Ｙ”軸側に設
けられた励振電極の中心、Ｃ２…水晶基板の−Ｙ”軸側に設けられた励振電極の中心、Ｌ
…水晶基板の中心と励振電極の中心との間隔の長さ、ｔ…水晶基板のＣ０における厚さ。

Claims (9)

1. 水晶の結晶軸である、電気軸としてのＸ軸と、機械軸としてのＹ軸と、光学軸としての
   Ｚ軸からなる直交座標系の前記Ｘ軸を回転軸として前記Ｙ軸および前記Ｚ軸をα度回転し
   、各々Ｙ’軸およびＺ’軸とし、前記Ｚ’軸を回転軸として前記Ｘ軸および前記Ｙ’軸を
   β度回転し、各々Ｘ’軸およびＹ”軸とし、前記Ｘ’軸および前記Ｚ’軸を含む面を主面
   とし、前記Ｙ”軸に沿った方向を厚さとする２回回転Ｙカットの水晶基板と、
   前記水晶基板の互いに表裏の関係にある表裏の主面に設けられている励振電極と、を備
   え、
   前記水晶基板の＋Ｙ”軸側の主面に設けられた前記励振電極の中心が前記水晶基板の中
   心より−Ｘ’軸方向に配置され、
   前記水晶基板の−Ｙ”軸側の主面に設けられた前記励振電極の中心が前記水晶基板の中
   心より＋Ｘ’軸方向に配置されていることを特徴とする振動子。
2. 請求項１に記載の振動子において、
   前記水晶基板は、前記Ｙ”軸方向からの平面視で円板状であり、少なくとも一方の主面
   にコンベックス加工が施されていることを特徴とする振動子。
3. 請求項１又は請求項２に記載の振動子において、
   前記水晶基板は、ＳＣカット水晶振動片であることを特徴とする振動子。
4. 請求項３に記載の振動子において、
   前記水晶基板の＋Ｙ”軸側の主面に設けられた前記励振電極の中心と前記水晶基板の中
   心との間隔の長さおよび前記水晶基板の−Ｙ”軸側の主面に設けられた前記励振電極の中
   心と前記水晶基板の中心との間隔の長さをＬとし、前記水晶基板の中心におけるＹ”軸方
   向に沿った厚さをｔとしたとき、
   ０．１７≦（Ｌ／ｔ）≦０．７６の関係であることを特徴とする振動子。
5. 請求項１又は請求項２に記載の振動子において、
   前記水晶基板は、ＩＴカット水晶振動片であることを特徴とする振動子。
6. 請求項５に記載の振動子において、
   前記水晶基板の＋Ｙ”軸側の主面に設けられた前記励振電極の中心と前記水晶基板の中
   心との間隔の長さおよび前記水晶基板の−Ｙ”軸側の主面に設けられた前記励振電極の中
   心と前記水晶基板の中心との間隔の長さをＬとし、前記水晶基板の中心におけるＹ”軸方
   向に沿った厚さをｔとしたとき、
   ０．１５≦（Ｌ／ｔ）≦０．６６の関係であることを特徴とする振動子。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の振動子と、
   前記振動子を発振させるための発振回路を含む電子部品と、
   前記振動子と前記電子部品とを収容するパッケージと、を備えたことを特徴とする発振
   器。
8. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の振動子を備えたことを特徴とする電子機
   器。
9. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の振動子を備えたことを特徴とする移動体
   。