JP3322153B2

JP3322153B2 - 音叉型水晶振動片

Info

Publication number: JP3322153B2
Application number: JP05341997A
Authority: JP
Inventors: 伸一宮坂; 重男神名
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-03-07
Filing date: 1997-03-07
Publication date: 2002-09-09
Anticipated expiration: 2017-03-07
Also published as: JPH10256868A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、音叉型水晶振動片
および水晶振動子に関し、特に、発振装置の消費電力を
低減できる低周波数の音叉型水晶振動片および水晶振動
子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】時計用の発振回路などの発振源として寸
法および特性の両面で優れた周波数が３２．７６８ｋＨ
ｚの水晶振動子が一般に使用されている。このような周
波数帯の水晶振動子としては音叉型の水晶振動片が用い
られており、安定した発振周波数と低いＣＩ値（クリス
タルインピーダンスまたは等価直列抵抗Ｒｒ）を備えて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、時計や計時機能
を備えた電子機器が小型化および高機能化されており、
さらに低消費電力で電池寿命の長い電子機器が求められ
ている。このため、発振回路で消費される電力の低減も
必要になっており、このためにＩＣの分周段を削減する
ことが検討されている。分周段を削減するためには、従
来よりも共振周波数の低い発振源が必要であり、従来の
水晶振動子の発振周波数の１／２に当たる１６．３８４
ｋＨｚ、あるいは１／４に当たる８．１９２ｋＨｚの発
振周波数の水晶振動子が検討されている。

【０００４】このような従来よりも低周波数の振動子
は、振動片のサイズを大きくすれば簡単に実現できる。
しかしながら、小型化がさらに進む時計や電子機器に採
用するためには、従来の振動子と同等のサイズ、あるい
はさらに小型のサイズで低周波数の振動子が必要であ
る。基部から２本の腕部が突出した音叉型の振動片にお
いては、全体の長さを短くすると腕部の長さも短くな
り、共振周波数は高くなる傾向となる。従って、小型で
低周波数にするためには、腕部の幅を非常に狭くする必
要がある。これによって腕部に設ける電極も狭くなるな
ど加工上の条件が悪化する。このために、ＣＩ値が高く
なりやすく、また、振動漏れや２次高調波が発生し易く
なる。従って、消費電流が増加したり、発振周波数が不
安定になるなど、振動子の周波数を低くするメリットが
得られ難くなる。

【０００５】また、小型で低周波数化するために腕部の
幅が狭くなり、さらに、これに伴って振動片全体の幅も
狭くなるために耐衝撃性も悪化する傾向にある。音叉型
の水晶振動子のサイズを大きくせずに低周波数化するた
めに、腕部の先端の幅あるいは厚みを増して重量を増や
すことも検討されている。しかし、腕部の先端の重量が
増加すると腕部と基部との境界部分に応力が集中し易く
なるので耐衝撃性を確保することが難しい。さらに、腕
部の先端の形状を変えると加工が複雑になりアンバラン
スになり易いので、ＣＩ値が増加したり発振周波数が不
安定になりやすく、特性の安定した振動子を実現するこ
とが難しい。特に、小型の水晶片はフォトリソ加工され
るが、ミクロンオーダーの精度で左右の対称性を確保
し、また、エッチング残りの影響を防止するためには、
複雑な形状は量産する上で現実的ではなく、クロック源
として使用できる程度の精度を確保することはほとんど
不可能である。

【０００６】そこで、本発明においては、小型で低周波
数の音叉型水晶振動片を実現するために、できるだけ簡
単な形状で、各部のサイズや形状を最適化することによ
り、低ＣＩ値で安定した発振周波数を備えた音叉型水晶
振動片を提供することを目的としている。そして、小型
で、低周波数であり、ＣＩ値も低く、発振周波数が安定
しており、さらに耐衝撃性も高い優れた特性を持つ音叉
型水晶振動片および水晶振動子を提供することを目的と
している。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、本願の発明者
らが、全長が４〜５ｍｍと小型で、従来の周波数の１／
２に当たる共振周波数が約１６．３８４ｋＨｚの音叉型
水晶振動片において各部のサイズや形状を変えながら、
その特性を測定したところ、腕部の長さＬと、腕部の主
電極の長さｄｌとの比ｄｌ／Ｌの範囲が０．２〜０．５
５程度のときにＣＩ値が低く、安定した発振周波数を備
えた音叉型水晶振動片が得られることを見いだした。す
なわち、本発明の音叉型水晶振動片は、電気軸をＸ軸、
機械軸をＹ軸、さらに光軸をＺ軸とした直交座標系にお
いてＸ軸回りにＸＹ面を反時計方向に約１〜２°回転し
たＺ’軸に垂直なＸＹ’面を主面とした基部と、この基
部からＹ’軸に沿って延びた２本の腕部とを有し、全長
が４〜５ｍｍで共振周波数が約１６．３８４ｋＨｚの音
叉型水晶振動片であって、腕部のＹ’軸に沿った長さＬ
と、腕部の主面の側に設けられた主電極の長さｄｌとの
比ｄｌ／Ｌの範囲が０．２〜０．５５程度であることを
特徴としている。このような形状の腕部の幅Ｗが１３０
〜１９０μｍ程度の音叉型水晶振動片においては、ＣＩ
値が２００ｋΩと低く、さらに、高調波と基本波のＣＩ
値の比が１以上と発振周波数の安定した音叉型水晶振動
片が得られる。

【０００８】腕部の幅Ｗが１３０μｍ程度以下になる
と、２００ｋΩ以下のＣＩ値を得ることは不可能とな
る。このため、本願の発明者らは、さらに腕部の幅の狭
い１１５μｍクラスの音叉型水晶振動片において形状を
変えて検討したところ、腕部のＸ軸に沿った幅Ｗと、腕
部のＺ’軸に沿った厚みｔとの比Ｗ／ｔの範囲が１．２
５〜１．６５程度の音叉型水晶振動片において低いＣＩ
値を持った振動片が得られることを見いだした。

【０００９】さらに、基部から腕部が延びた接続部分で
ある肩部は、基部の外縁に対し腕部の外縁が片側で距離
ｒだけ狭くなるように外縁の外側を中心に半径Ｒの円弧
でカットした形状が振動漏れを防止するのに有効であ
り、特に、比ｒ／Ｒの範囲を０．１〜０．５程度にする
ことによって振動漏れを低くできることを見いだした。
また、腕部同士の隙間である又部は、肩部より腕部の先
端に近い側で又部の側を中心に半径Ｒの円弧でカットす
ることが望ましく、肩部のカットの中心位置と又部のカ
ットの中心位置のＹ’軸上の距離ａが５０〜１５０μｍ
程度の範囲内にあることが振動漏れを低減する上で望ま
しい。

【００１０】さらに、本願の発明者らが全長が４〜５ｍ
ｍで共振周波数が約１６．３８４ｋＨｚの音叉型水晶振
動片を用いて耐衝撃性を確認したところ、又部のＸ軸に
沿った幅ｄと、Ｚ’軸に沿った厚みｔとの比ｄ／ｔが少
なくとも約１．４の音叉型水晶振動片であれば十分な耐
衝撃性を備えていることを見いだした。

【００１１】これらの各条件に沿った形状および寸法の
音叉型水晶振動片を製造することにより、共振周波数が
１６．３８４ｋＨｚと低く、安定した発振が可能な小型
で低ＣＩ値の音叉型水晶振動片を提供することが可能と
なる。従って、これらの音叉型水晶振動片を複数のリー
ドを介して機械的および電気的にプラグ体に接続し、中
空の保護器（ケース）に挿入してプラグ体で封止した水
晶振動子とすることによって、分周段が少なく、消費電
流の低い発振回路を実現可能な水晶振動子を提供するこ
とができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１に本発明に係る水晶振動片の
概要を示してある。本例の水晶振動片１は、水晶の単結
晶から切りだされ音叉型に加工された水晶振動片であ
り、電気軸をＸ軸、機械軸をＹ軸、さらに光軸をＺ軸と
した直交座標系においてＸ軸回りにＸＹ面を反時計方向
に角度θ回転したＺ’軸に垂直なＸＹ’面を主面として
形成されている。回転角θは約１〜２°であり、水晶振
動片１は、ほぼ方形の基部２と、この基部からＹ’軸に
沿って延びた２本の腕部３ａおよび３ｂとを有してい
る。この水晶振動片１は、基部２と腕部３ａおよび３ｂ
を含めたＹ’軸に沿った長さを全長ＴＬ、基部２のＸ軸
に沿った長さを全幅ＴＷ、Ｚ’軸に沿った長さを厚みｔ
として形成されている。本明細書においては、水晶片１
の各部の形状およびサイズを説明する際に、Ｙ’軸、Ｘ
軸およびＺ’軸のそれぞれに沿った長さを各部の長さ、
幅および厚みと呼ぶ。

【００１３】図２に、本例の音叉型水晶振動片１を用い
た水晶振動子１０の概略構造を示してある。本例の水晶
振動子１０は、水晶振動片１を収納可能な中空で円筒状
の保持器（ケース）１１と、このケース１１に水晶振動
片１を封止するためのプラグ１２を備えている。プラグ
１２には、これを貫通する２本のリード１３が設けられ
ており、これらのリード１３が水晶振動片１の接続用の
電極６に固定され、水晶振動片１をケース１１の内部の
所定の位置で保持する機能と、外部と水晶振動片１とを
電気的に接続する機能を果たすようになっている。従来
の３２．７６８ｋＨｚの水晶振動片がケースに収納され
た水晶振動子のサイズは、直径が２ｍｍで長さが６ｍｍ
である。近年、水晶振動子をさらに小型化することが検
討されており、例えば、直径が１．２ｍｍの水晶振動子
が検討されている。直径が２ｍｍで長さが６ｍｍの水晶
振動子を実現するためには、全長ＴＬが５ｍｍ以下、全
幅ＴＷが０．７ｍｍ程度のサイズの水晶振動片１が必要
である。図２に示したシリンダー型の水晶振動子に限ら
ず、サーフェイスマウントデバイス（ＳＭＤ）として提
供される他の形状の保護器に収納される場合も同様であ
る。従って、このようなサイズで、従来よりも低い１
６．３８４ｋＨｚの発振周波数を備えた音叉型水晶振動
子を実現するためには腕部３ａおよび３ｂの幅Ｗが１３
０〜１９０μｍと非常に細くする必要がある。

【００１４】図３（ａ）に音叉型水晶振動子１をＺ’軸
に垂直な主面（ＸＹ’面）の方向から見た様子を示し、
図３（ｂ）に主面と垂直な方向（Ｙ’Ｚ’面）から見た
様子を示してある。本例の音叉型水晶振動子１は、全体
が全長ＴＬ、全幅ＴＷおよび厚みｔのほぼ直方体状あ
り、主面から見たときに基部２から幅Ｗの２本の腕部３
ａおよび３ｂがＹ’軸に沿って突き出た音叉型に加工さ
れている。これらの腕部３ａおよび３ｂの主面に平行な
面には主電極４が形成され、また、主面に垂直な面には
サイド電極５が形成されており、これらと接続用の電極
６が音叉型の振動を励起するように接続されている。図
４に示すように、腕部３ａおよび３ｂは、基部２の外縁
２ｃに対し腕部の外縁３ｃが距離ｒだけ狭くなるように
基部２から突き出ており、このため基部２と腕部３ａお
よび３ｂとの接続部分に腕部３から外側に張り出した肩
部７が形成されている。この肩部７は、外側を中心に半
径Ｒの円弧で滑らかにカットされており、接続部分に応
力が集中しないようになっている。また、２本の腕部３
ａおよび３ｂは幅ｄの隙間である又部８によって分けら
れており、この又部８も又部の側を中心とした半径Ｒの
円弧で滑らかにカットされている。さらに本例の振動片
１においては、肩部７の曲率Ｒのカットの中心位置Ｏ１
に対し又部８の曲率Ｒのカットの中心位置Ｏ２がＹ’軸
上の同一の位置になく、又部８の方が腕部３の先端に近
い側にＹ’軸上で距離ａだけ離れている。さらに、本例
の振動片１においては、又部８から腕部３ａおよび３ｂ
の先端までの長さを腕部のサイズを示す長さＬとし、ま
た、又部８から主電極４の先端までの長さを電極のサイ
ズを示す長さｄｌとする。

【００１５】本願の発明者らは、まず、このような音叉
型の水晶振動片１において、１６．３８４ｋＨｚの安定
した基本波の発振周波数が得られる条件を見いだした。
音叉型の水晶振動子１は、基本波に加えて、条件によっ
ては２次高調波で振動する。このため、基本波が励起し
易く、２次高調波は励起し難い形状の音叉型水晶振動片
とすることが安定した発振周波数が得られる１つの条件
である。音叉型水晶振動片においては、電極によって発
生電荷の分布が変わり振動の条件が大きく変化する。従
って、電極の長さｄｌと腕部の長さＬが振動モードの重
要なファクターとなる。そこで、電極の長さｄｌと腕部
の長さＬの比ｄｌ／Ｌの異なる幾つかのサンプルを用い
て、基本波で発振したときのＣＩ値（ＣＩ１）と２次高
調波で発振したときのＣＩ値（ＣＩ２）を測定した。そ
の測定結果を図５に比ｄｌ／Ｌに対して得られたＣＩ比
（ＣＩ２／ＣＩ１）で示してある。測定したサンプルは
基本波の周波数が１６．３８４ｋＨｚであり、全長ＴＬ
が４１６０μｍまたは４５００μｍ、腕部の幅Ｗおよび
長Ｌが１５７μｍおよび２８７０μｍまたは１７２μｍ
および３０００μｍのものを用いている。さらに、又部
の幅ｄは１６０μｍ、又部のＲは８０μｍ、板厚ｔは１
００μｍ、肩部のＲは８０μｍ、肩部割合（ｒ／Ｒ）は
１に設定されている。なお、以降において、長さ、幅、
厚みおよびＲの値は全てμｍ単位で示し、それぞれの数
値に単位を表示するのは省略する。

【００１６】図５に示したように、長さの比ｄｌ／Ｌを
変えることによってＣＩ比は大きく変化する。基本波で
安定した発振を行うためには、ＣＩ比が１以上、すなわ
ち、基本波で発振したときのＣＩ値（ＣＩ１）が２次高
調波で発振したときのＣＩ値（ＣＩ２）より小さけれ
ば、基本波の発振となり２次高調波の発振は起きない。
従って、本図より、安定した発振周波数を備えた音叉型
水晶振動片を得るためには、腕部の長さＬと、主電極の
長さｄｌとの比ｄｌ／Ｌが約０．５５以下とするのが望
ましいことが判る。

【００１７】一方、ｄｌ／Ｌを小さくしていくと、基本
波で発生する電荷量が小さくなるのでＣＩ値そのものが
上昇する傾向にある。図６に、図５と同じ条件のサンプ
ルを用いて、ｄｌ／Ｌをさらに小さくしたときにＣＩ値
が変化する様子を示してある。発振回路に用いられる振
動子としては、消費電力などを考慮するとＣＩ値が２０
０ｋΩ程度以下が望ましい。従って、図６より、ＣＩ値
が２００ｋΩ以下で、安定した発振周波数を備えた音叉
型水晶振動片を得るためには、腕部の長さＬと、主電極
の長さｄｌとの比ｄｌ／Ｌが約０．２以上とすることが
望ましことが判る。以上に示した図５および図６に基づ
く結果より、基本波で安定した発振となり、さらに、Ｃ
Ｉ値が２００ｋΩ以下と実用的な値になる、１６．３８
４ｋＨｚの周波数の音叉型水晶振動片を得るためには、
腕部の長さＬと主電極の長さｄｌとの比ｄｌ／Ｌの範囲
を０．２〜０．５５程度に設定することが望ましい。

【００１８】図５および図６は、腕部の幅Ｗが１７２と
１５７のサンプルの結果を示してあるように、従来と同
様の直径２ｍｍのケースに収納可能な振動片である幅Ｗ
が１３０〜１９０の音叉型水晶振動片に対しては、腕部
と主電極の長さの比を上記の範囲に設定することによっ
て十分に低いＣＩ値と安定した発振周波数を持った音叉
型水晶振動片を提供できる。しかしながら、さらに超小
型の振動子を実現するためには、直径１．２ｍｍのケー
スに収納可能な腕部の幅Ｗがさらに狭い振動片が必要で
あり、腕部の幅Ｗをさらに狭くするとこれに伴って電極
の幅も狭くなるのでＣＩ値が上昇する傾向にある。

【００１９】図７に、１６．３８４ｋＨｚで発振するよ
うに腕部の幅Ｗを変えて形成された幾つかのサンプルで
測定されたＣＩ値を示してある。図７から判るように、
腕幅Ｗが１３０以下になるとＣＩ値が２００ｋΩ以下に
収まらなくなり、幅Ｗが狭くなるにつれてＣＩ値が増加
する。直径１．２ｍｍのケースに収納するためには、腕
幅Ｗを１１５以下にする必要がある。そこで、本願の発
明者らは、さらに、腕幅Ｗが１１５の音叉型水晶振動子
において、ＣＩ値を低くできる条件を見いだした。

【００２０】図８に、腕幅Ｗが１１５のサンプルにおい
て、厚さｔを変えてＣＩ値が変化する様子を示してあ
る。測定されたサンプルは基本波の周波数が１６．３８
４ｋＨｚであり、全長ＴＬが４５００、腕部の長Ｌが２
５００、主電極の長さｄｌが１４６０、又部の幅ｄは１
８０、又部および肩部のＲが９０、肩部割合（ｒ／Ｒ）
が１に設定されたものである。本図から判るように、腕
幅Ｗが１１５と狭い音叉型水晶振動片においては、腕幅
Ｗと厚みｔとの比Ｗ／ｔによってＣＩ値が大きく変動
し、Ｗ／ｔが１．２５〜１．６５の範囲でＣＩ値が最小
になる。従って、発振周波数が１６．３８４ｋＨｚで腕
幅Ｗが１３０より狭い音叉型水晶振動片においては、Ｃ
Ｉ値が低く安定した発振を得るためには腕幅Ｗと厚みｔ
との比Ｗ／ｔが重要であり、その範囲は１．２５〜１．
６５程度とすることが望ましいことが判る。

【００２１】なお、比Ｗ／ｔが１．２５〜１．６５の範
囲でＣＩ値は最小となるが、その値は約２６０〜２７０
程度であり、先に説明した２００ｋΩを越えた値とな
る。図７に示したように、ＣＩ値は腕幅Ｗを狭くすると
上昇するので腕幅Ｗが１１５の音叉型水晶振動片では、
ＣＩ値の最小値が上記のような値になるのは避けられな
い。しかしながら、腕幅Ｗを１１５にすることによって
ワンサイズ小さな超小型の水晶振動子が得られるという
メリットがあり、また、ＣＩ値の増加量は３０％程度に
止まるので、これによる消費電力の増加は、発振周波数
を従来の１／２にして分周段を減らしたために削減され
る消費電力によって十分にカバーされる。このため、今
後、電子機器などがさらに小型化されるのに対応し、本
例ような腕幅Ｗが狭く、ＣＩ値の低い音叉型水晶振動片
は多いに有用である。

【００２２】さらに、本願の発明者らは、肩部７の形状
および寸法に伴う振動漏れの状態を測定した。振動漏れ
は、腕部３の振動が基部２に伝達され、リード１３を介
してプラグ１２、さらに、ケース（保護器）１１に伝達
されることにより、これらが一緒に振動しまうことが原
因と考えられる。このような振動漏れがあるとＣＩ値が
高くなると共に、ケースがマウントされて固定されて振
動できなくなると、その影響で逆に腕部が振動しにくく
なって周波数やＣＩ値が変化するといった事態も発生す
る。このように、振動漏れは先ず肩部７を介して腕部３
の振動が基部２に伝達されることから始まるので、肩部
７の形状は振動漏れを防止するのに重要なファクターで
ある。このような肩部からの振動漏れは、共振周波数で
のＣＩ値の変位ΔＣＩで代表して捉えることが可能であ
り、ΔＣＩが小さいほど振動漏れが少ないと言える。

【００２３】図９に肩部７の寸法割合（ｒ／Ｒ）の異な
る幾つかのサンプルで測定されたΔＣＩの値を示してあ
る。測定されたサンプルは、基本波の周波数が１６．３
８４ｋＨｚであり、全長ＴＬが４１６０、腕部の幅Ｗが
１７２、腕部の長Ｌが３０００、主電極の長さｄｌが１
６４０、又部の幅ｄが１６０、又部および肩部のＲが８
０で、肩部の位置ａが０のものである。基本波の周波数
が３２．７６８ｋＨｚの従来の音叉型水晶振動子におい
ては、肩部の寸法割合ｒ／Ｒが１に設定されている。こ
れに対し、本図に示したように、肩部の寸法割合ｒ／Ｒ
の範囲をほぼ０．１〜０．５程度に設定することによっ
て、肩部の寸法割合ｒ／Ｒが１の振動片よりΔＣＩを低
くできることが判った。すなわち、基本波の周波数が１
６．３８４ｋＨｚの音叉型水晶振動片においては、肩部
の寸法割合ｒ／Ｒの範囲を０．１〜０．５程度にするこ
とにより、より振動漏れの小さな音叉型水晶振動片を提
供することが可能になる。

【００２４】さらに、本願の発明者らは、肩部の位置ａ
を変えてサンプルを作成し、その振動漏れを測定したと
ころ、図１０に示したような測定結果が得られた。測定
されたサンプルは、図９で測定されたものと同様であ
り、肩部の寸法割合ｒ／Ｒを１に設定したものである。
基本波の周波数が３２．７６８ｋＨｚの従来の音叉型水
晶振動子においては、肩部の位置ａは０、すなわち、肩
部７と又部８はＹ’軸上で同じ位置に設定されていたの
に対し、図１０に示すように、肩部７の位置を又部８の
位置から基部の側に下げることによってΔＣＩが急激に
低下し、振動漏れを大幅に低減できることが判った。さ
らに、肩部７の位置ａの範囲を５０〜１５０にすること
により、低く安定したΔＣＩの値が得られる。従って、
基本波の周波数が１６．３８４ｋＨｚの音叉型水晶振動
片においては、肩部７の位置ａの範囲を５０〜１５０に
することにより、振動漏れが少なく、特性的にも安定し
た振動片を得ることができる。

【００２５】これらの測定結果に基づいて１６．３８４
ｋＨｚの音叉型水晶振動片の形状および寸法を決定する
ことにより、腕部の先端に重りを設けるような複雑な形
状の音叉型水晶振動片でなくとも、加工し易い簡易な形
状で特性が安定したＣＩ値の低い水晶振動片を提供する
ことができる。さらに、水晶振動片としては、耐衝撃性
も大きな製品としては重要な特性であり、特に、１６．
３８４ｋＨｚの音叉型水晶振動片は腕部の幅Ｗが小さく
なるので十分な耐衝撃性を備えたものが必要となる。

【００２６】そこで、図１１に示すように、本願の発明
者らは、１６．３８４ｋＨｚの音叉型水晶振動片の幾つ
かのサンプルに１００００Ｇの加速度を加えた耐衝撃試
験を行い、その生存率を測定した。測定されたサンプル
は、基本波の周波数が１６．３８４ｋＨｚであり、全長
ＴＬが４５００、腕部の幅Ｗが１７２、腕部の長Ｌが３
０００、主電極の長さｄｌが１４７５、又部および肩部
のＲが５０〜９０で、肩部の割合は１のものである。図
１１に試験の結果を示してあるように、耐衝撃試験の生
存率は又部の幅ｄと厚みｔとの比ｄ／ｔによって大きく
変化し、比ｄ／ｔが１．４以上になるとほぼ１００％の
生存率が得られることがわかった。これらの測定に用い
られた音叉型水晶振動片は小型でありながら精度の高い
加工が必要なので、フォトリソグラフィーを用いた加工
方法が主に採用される。このため、又部８にエッチング
残りが発生する可能性があり、腕部の衝撃による応力が
又部のエッチング残りの部分に集中して腕部が折れると
予想される。これに対し、厚みｔに対して又部の幅ｄを
十分に大きくすると、エッチング残りの発生する確率が
減少するか、あるいはエッチング残りがあってもそこに
応力が集中する割合を低減できると考えられる。従っ
て、基本波の周波数が１６．３８４ｋＨｚの音叉型水晶
振動片においては、又部８の幅ｄと厚みｔとの比ｄ／ｔ
を少なくとも１．４程度に設定することにより、耐衝撃
試験においてほぼ１００％の生存率を確保することが可
能となり、非常に衝撃に強い水晶振動片を提供すること
が可能となる。

【００２７】以上のような結果より、基本波の周波数が
１６．３８４ｋＨｚで腕部３の幅Ｗが１３０〜１９０μ
ｍの音叉型水晶振動片１においては、腕部３の長さＬと
主電極４の長さｄｌとの比ｄｌ／Ｌの範囲が０．２〜
０．５５程度、肩部７の寸法割合ｒ／Ｒの範囲が０．１
〜０．５程度、又部８に対する肩部７の位置ａの範囲が
５０〜１５０程度、さらに、又部８の幅ｄと厚みｔとの
比ｄ／ｔが少なくとも１．４程度となるように設定する
ことにより、基本波で安定した発振周波数が得られ、Ｃ
Ｉ値も２００ｋΩ以下と十分に低く、また、振動漏れも
少なく、さらに衝撃にも強い、非常に優れた特性を備え
た音叉型水晶振動片を提供できる。例えば、腕部３の幅
Ｗが１７５μｍの音叉型水晶振動片１においては、全長
ＴＬが４１６０μｍ、厚みｔが１００μｍ、腕部３の長
Ｌが３０００μｍ、主電極４の長さｄｌが１６５０μ
ｍ、又部８の幅ｄが１６０μｍ、又部８および肩部７の
Ｒが８０μｍ、肩部７の位置ａが１００μｍ、さらに、
肩部７の割合ｒ／Ｒが０．２５といったサイズおよび形
状を選択することが可能である。そして、このような形
状および寸法を採用することによって、腕部の先端に重
りを設けるような複雑な形状を採用しなくとも、簡易な
形状で低周波数で安定した発振が可能な音叉型水晶振動
片を実現することができる。さらに、上記のような形状
および寸法の音叉型水晶振動片は、安定した発振周波数
が得られると共に、低ＣＩ値で振動漏れも少なく、実用
に適した十分な優れた特性を備えている。同時に、加工
し易い簡易な形状であるので、安定した品質の振動片を
提供できる量産に適した音叉型水晶振動片である。

【００２８】また、腕幅Ｗが１３０μｍよりも狭い基本
波の周波数が１６．３８４ｋＨｚの音叉型水晶振動片に
おいては、腕部３の幅Ｗと厚みｔとの比Ｗ／ｔが重要で
あり、その範囲を１．２５〜１．６５程度とすることに
よって実用に適した十分に低いＣＩ値の音叉型水晶振動
片を提供することができる。

【００２９】このように、本願によって明らかになった
寸法および形状の音叉型水晶振動片を採用することによ
って、従来の３２．７６８ｋＨｚの水晶振動子と同等の
サイズ、またはさらに超小型で、十分に実用化の可能な
優れた特性を持ち、周波数が１６．３８４ｋＨｚの水晶
振動子を提供することが可能となる。従って、本発明の
水晶振動子を用いることによって発振回路の分周段を削
減することが可能となり、発振装置に用いられるＩＣを
さらに小型化し、消費される電力を低減することができ
る。このように、本発明により、近年さらに小型化、軽
量化および省電力化の進む携帯型の計時装置や電子機器
に適した水晶振動片および水晶振動子を提供することが
できる。

【００３０】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、従来の３２．７６８ｋＨｚの音叉型水晶振動子と同
じサイズ、あるいはさらに小さなサイズで、１／２の周
波数に当たる１６．３８４ｋＨｚの音叉型水晶振動片を
実現すべく寸法および形状を変えて測定を繰り返した。
その結果、上述したように、安定した発振周波数を有
し、振動漏れが少なく、ＣＩ値も低く実用的な範囲であ
り、さらに、衝撃にも強い音叉型水晶振動片を提供可能
な条件を見いだすことができた。

【００３１】本発明の音叉型水晶振動片は、腕部の先端
に重りを設ける必要もなく、非常に簡易な形状で加工に
適している。さらに、本発明により、安定した発振周波
数で低ＣＩ値となる最適な形状およびサイズの音叉型水
晶振動片のデータが得られたので、これらを用いて量産
が可能であり、品質の安定した低周波数の音叉型水晶振
動片を安価に提供することが可能になる。そして、本発
明により実際にＳＭＤとして供給可能な発振周波数が１
６．３８４ｋＨｚの音叉型水晶振動子を提供することが
可能になり、本発明に係る音叉型水晶振動片を採用した
水晶振動子を用いることにより、分周段を削減し、小型
で消費電力のさらに低減された発振装置を実現できる。

【００３２】このように本発明により、さらに小型・軽
量化および省電力化の進む腕時計、携帯電話などの小型
携帯機器に好適の水晶振動子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る音叉型水晶振動片の概要を示す斜
視図である。

【図２】本発明の音叉型水晶振動片を用いた水晶振動子
の概要構成を示す図であり、図２（ａ）は正面から見た
状態を示し、図２（ｂ）は側面から見た状態を示してあ
る。

【図３】本発明の音叉型水晶振動片の概要を示す図であ
り、図３（ａ）は正面を示し、図３（ｂ）は側面を示す
図である。

【図４】図３に示す音叉型水晶振動片の肩部を拡大して
示す図である。

【図５】図３に示す音叉型水晶振動片を用いて測定され
たＣＩ比を、主電極の長さと腕部の長さの比ｄｌ／Ｌに
対して示したグラフである。

【図６】図３に示す音叉型水晶振動片を用いて測定され
たＣＩ値を、主電極の長さと腕部の長さの比ｄｌ／Ｌに
対して示したグラフである。

【図７】図３に示す音叉型水晶振動片を用いて測定され
たＣＩ値を、腕幅Ｗに対して示したグラフである。

【図８】図３に示す音叉型水晶振動片を用いて測定され
たＣＩ値を、腕幅Ｗと厚さｔの比Ｗ／ｔに対して示した
グラフである。

【図９】図３に示す音叉型水晶振動片を用いて測定され
たΔＣＩを、肩部の寸法割合（ｒ／Ｒ）に対して示した
グラフである。

【図１０】図３に示す音叉型水晶振動片を用いて測定さ
れたΔＣＩを、肩部の位置ａに対して示したグラフであ
る。

【図１１】図３に示す音叉型水晶振動片を耐衝撃試験し
た際の生存率を又部の幅Ｗと厚みの比ｄ／ｔに対して示
すグラフである。

【符号の説明】

１・・水晶振動片２・・基部３・・腕部４・・主電極５・・サイド電極６・・接続電極７・・肩部８・・又部１０・・水晶振動子１１・・保持器（ケース）１２・・プラグ１３・・リード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平２−112311（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−4176（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−7607（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−109879（ＪＰ，Ａ) 特公昭56−33005（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03H 9/00 - 9/215

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電気軸をＸ軸、機械軸をＹ軸、さらに光
軸をＺ軸とした直交座標系において前記Ｘ軸回りにＸＹ
面を反時計方向に約１〜２°回転したＺ’軸に垂直なＸ
Ｙ’面を主面とした基部と、この基部からＹ’軸に沿っ
て延びた２本の腕部とを有し、全長が４〜５ｍｍで共振
周波数が約１６．３８４ｋＨｚの音叉型水晶振動片であ
って、前記腕部の前記Ｙ’軸に沿った長さＬと、前記腕部の前
記主面の側に設けられた主電極の長さｄｌとの比ｄｌ／
Ｌの範囲が０．２〜０．５５程度であり、前記腕部の前記Ｘ軸に沿った幅Ｗが約１３０〜１９０μ
ｍであり、前記基部と前記腕部の接続部分である肩部は、前記基部
の外縁に対し前記腕部の外縁が片側で距離ｒだけ狭くな
るように前記基部の外縁の外側を中心とした半径Ｒの円
弧でカットされており、この比ｒ／Ｒの範囲が０．１〜
０．５であり、前記肩部のカットの中心位置と前記又部のカットの中心
位置の前記Ｙ’軸上の距離ａが５０〜１５０μｍ程度の
範囲内にあり、前記腕部同士の隙間である又部の前記Ｘ軸に沿った幅ｄ
と、前記Ｚ’軸に沿った厚みｔとの比ｄ／ｔが少なくと
も約１．４であることを特徴とする音叉型水晶振動片。
【請求項２】電気軸をＸ軸、機械軸をＹ軸、さらに光
軸をＺ軸とした直交座標系において前記Ｘ軸回りにＸＹ
面を反時計方向に約１〜２°回転したＺ’軸に垂直なＸ
Ｙ’面を主面とした基部と、この基部からＹ’軸に沿っ
て延びた２本の腕部とを有し、全長が４〜５ｍｍで共振
周波数が約１６．３８４ｋＨｚの音叉型水晶振動片であ
って、前記腕部の前記Ｙ’軸に沿った長さＬと、前記腕部の前
記主面の側に設けられた主電極の長さｄｌとの比ｄｌ／
Ｌの範囲が０．２〜０．５５程度であり、前記腕部の前記Ｘ軸に沿った幅Ｗと、前記腕部の前記
Ｚ’軸に沿った厚みｔとの比Ｗ／ｔの範囲が１．２５〜
１．６５程度であり、前記基部と前記腕部の接続部分である肩部は、前記基部
の外縁に対し前記腕部の外縁が片側で距離ｒだけ狭くな
るように前記基部の外縁の外側を中心とした半径Ｒの円
弧でカットされており、この比ｒ／Ｒの範囲が０．１〜
０．５であり、前記肩部のカットの中心位置と前記又部のカットの中心
位置の前記Ｙ’軸上の距離ａが５０〜１５０μｍ程度の
範囲内にあり、前記腕部同士の隙間である又部の前記Ｘ軸に沿った幅ｄ
と、前記Ｚ’軸に沿った厚みｔとの比ｄ／ｔが少なくと
も約１．４であることを特徴とする音叉型水晶振動片。
【請求項３】請求項２において、前記幅Ｗが約１１５
μｍであることを特徴とする音叉型水晶振動片。