JP3646258B2 - 水晶ユニットとその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は音叉型屈曲水晶振動子を収納した水晶ユニットとその製造方法に関する。特に、小型化、高精度化、耐衝撃性、低廉化の要求の強い携帯機器用の基準信号源として最適な新電極形成を具えた水晶ユニットとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２８（ａ）および（ｂ）は従来の音叉型屈曲水晶振動子１００を収納した水晶ユニット１０１の、蓋を省略した状態での正面図および、蓋付きの状態での側面図である。音叉型屈曲水晶振動子１００は音叉腕１０２，１０３と音叉基部１０４を具えて構成されている。音叉基部１０４はケース１０５の固定部１０６に接着剤１０７，１０８等によって固定されている。又、固定部１０６には電極１０９，１１０が配置されていて、２電極端子を構成している。更に、ケース１０５と蓋１１１は金属１１２を介して接合されている。従来の水晶ユニットはこのように構成されているが、水晶ユニットを小さくしようとすると水晶振動子も小型化が要求される。
【０００３】
図２９には従来の音叉型屈曲水晶振動子外観図を示す。図２９において水晶振動子１１３は２本の音叉腕１１４，１１５と音叉基部１１６を具えている。励振電極は音叉腕の表裏面と側面に配置されている。図３０には図２９の音叉腕の断面図を示す。音叉腕の断面形状は一般的には長方形をしている。一方の音叉腕の断面の上面には電極２０３が下面には電極２０４が配置されている。側面には電極２０５，２０６が設けられている。他方の音叉腕の上面には電極２０７が下面には電極２０８が更に側面には電極２０９，２１０が配置され２電極端子Ｈ−Ｈ´構造を成している。
【０００４】
今、Ｈ−Ｈ´間に直流電圧を印加すると電界は矢印方向に働く。その結果、一方の音叉腕が内側に曲がると他方の音叉腕も内側に曲がる。この理由は、ｘ軸方向の電界成分Ｅ_ｘが各音叉腕の内部で方向が反対になるためである。交番電圧を印加することにより振動を持続することができる。又、例えば、特開昭５６−６５５１７と特開２０００−２２３９９２（P２０００−２２３９９２Ａ）では、音叉型屈曲水晶振動子の音叉腕に溝を設け、且つ、電極構成について開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
音叉型屈曲水晶振動子では、電界成分Ｅ_ｘが大きいほど等価直列抵抗Ｒ_１が小さくなり、品質係数Ｑ値が大きくなる。しかしながら、従来から使用されている音叉型屈曲水晶振動子は、図３０で示したように、各音叉腕の表裏側面の４面に電極を配置している。そのために電界が直線的に働かず、かかる音叉型屈曲水晶振動子を小型化させると、電界成分Ｅ_ｘが小さくなってしまい、等価直列抵抗Ｒ_１が大きくなり、品質係数Ｑ値が小さくなるなどの課題が残されていた。
【０００６】
又、例えば、上記従来の特開昭５６−６５５１７では音叉腕に溝を設け、且つ、溝の構成と電極構成について開示している。しかしながら、溝の構成、寸法と振動モード並びに等価直列抵抗Ｒ_１との関係について、更には水晶ユニットとその製造方法についても全く開示されていない。このようなことから、小型の水晶ユニットを実現するには超小型で、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい、品質係数Ｑ値が高くなるような新形状で、電気機械変換効率の良い電極配置構成を具える音叉型の屈曲水晶振動子とそれを具えて構成される水晶ユニットの製造方法とが所望されていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の方法で従来の課題を有利に解決した水晶ユニットとその製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
即ち、本発明の水晶ユニットの第１の態様は、水晶振動子と、その水晶振動子を収納するケースと、前記ケースをカバーする蓋とを備えて構成される水晶ユニットで、前記水晶振動子は水晶音叉基部と前記水晶音叉基部に接続され、対抗する主面を有する水晶音叉腕とを備えて構成され、屈曲モードで振動する水晶音叉振動子で、水晶音叉腕の一端部は水晶音叉基部に接続され、他端部は自由である水晶音叉振動子で、水晶音叉腕は少なくとも第１水晶音叉腕と第２水晶音叉腕を備えて構成され、各々の水晶音叉腕は第１主面とその第１主面に対抗する第２主面と側面とを有し、第１水晶音叉腕と第２水晶音叉腕の第１主面と第２主面の各主面の幅方向の任意の位置に各々１個の段差部と中面部を設け、第１水晶音叉腕の第１主面と第２主面に設けられた各々１個の段差部と中面部の各々に第１電極が配置され、第１電極と極性の異なる第２電極が、第２水晶音叉腕の第１主面と第２主面に設けられた各々１個の段差部と中面部の各々に配置され、さらに、第１水晶音叉腕の側面に第３電極が配置され、第３電極と極性の異なる第４電極が第２水晶音叉腕の側面に配置されていて、前記水晶音叉振動子は２電極端子を備えて構成され、前記２電極端子の内１電極端子は、第１水晶音叉腕の第１主面と第２主面に設けられた各々１個の段差部と中面部の各々に配置された第１電極と第２水晶音叉腕の側面に配置された第４電極から構成され、かつ、第１電極と第４電極とが接続され、他の１電極端子は、第１水晶音叉腕の側面に配置された第３電極と第２水晶音叉腕の第１主面と第２主面に設けられた各々１個の段差部と中面部の各々に配置された第２電極から構成され、かつ、第３電極と第２電極とが接続されている水晶音叉振動子を備えて構成されている水晶ユニットである。
【０００９】
本発明の水晶ユニットの第２の態様は、第１水晶音叉腕と第２水晶音叉腕の第１主面または第２主面には、長さ方向に互いに対向しない第１段差部と第２段差部が設けられ、前記第１段差部と前記第２段差部は第３段差部を介して接続されている第１の態様に記載の水晶ユニットである。
【００１０】
本発明の水晶ユニットの製造方法の第１の態様は、水晶振動子と、その水晶振動子を収納するケースと、前記ケースをカバーする蓋とを備えて構成される水晶ユニットの製造方法で、前記水晶振動子は水晶音叉基部とその水晶音叉基部に接続され、対抗する主面を有する水晶音叉腕とを備えて構成され、屈曲モードで振動する水晶音叉振動子で、水晶音叉腕の一端部は水晶音叉基部に接続され、他端部は自由である水晶音叉振動子で、水晶音叉腕は少なくとも第１水晶音叉腕と第２水晶音叉腕を備えて構成され、各々の水晶音叉腕は第１主面とその第１主面に対抗する第２主面と側面とを有する水晶音叉振動子を備えた水晶ユニットの製造方法であって、水晶音叉基部とその水晶音叉基部に接続された第１水晶音叉腕と第２水晶音叉腕を形成するためのエッチング工程にて、水晶ウエハをエッチングによって屈曲モードで振動する水晶音叉振動子を形成する工程と、第１水晶音叉腕と第２水晶音叉腕の第１主面と第２主面の各主面の幅方向の任意の位置に各々１個の段差部と中面部を形成するためのエッチング工程にて、前記水晶ウエハをエッチングする工程と、第１水晶音叉腕の第１主面と第２主面に設けられた各々１個の段差部と中面部の各々に第１電極を配置する工程と、第１電極と極性の異なる第２電極を、第２水晶音叉腕の第１主面と第２主面に設けられた各々１個の段差部と中面部の各々に配置する工程と、第１水晶音叉腕の側面に第３電極を配置する工程と、第３電極と極性の異なる第４電極を第２水晶音叉腕の側面に配置する工程と、水晶音叉振動子をケースの固定部に固定する工程と、ケースをカバーするために蓋をケースに接続する工程と、を有し、前記水晶音叉振動子は２電極端子を備えて構成され、前記２電極端子の内１電極端子は、第１水晶音叉腕の第１主面と第２主面に設けられた各々１個の段差部と中面部の各々に配置された第１電極と第２水晶音叉腕の側面に配置された第４電極から構成され、かつ、第１電極と第４電極とが接続され、他の１電極端子は、第１水晶音叉腕の側面に配置された第３電極と第２水晶音叉腕の第１主面と第２主面に設けられた各々１個の段差部と中面部の各々に配置された第２電極から構成され、かつ、第３電極と第２電極とが接続されている水晶音叉振動子を備えて構成されている水晶ユニットの製造方法である。
【００１１】
本発明の水晶ユニットの製造方法の第２の態様は、第１の態様において、水晶音叉基部とその水晶音叉基部に接続された第１水晶音叉腕と第２水晶音叉腕を備えた水晶音叉振動子を形成するための第１エッチング工程と、第１水晶音叉腕と第２水晶音叉腕の幅方向の第１主面と第２主面の任意の位置に各々１個の段差部と中面部を形成するための第２エッチング工程とは異なる工程であって、第１エッチング工程の後に、第２エッチング工程を有する水晶ユニットの製造方法である。
【００１２】
本発明の水晶ユニットの製造方法の第３の態様は、第１の態様において、水晶音叉基部とその水晶音叉基部に接続された第１水晶音叉腕と第２水晶音叉腕を備えた水晶音叉振動子を形成するための第１エッチング工程と、第１水晶音叉腕と第２水晶音叉腕の幅方向の第１主面と第２主面の任意の位置に各々１個の段差部と中面部を形成するための第２エッチング工程とは異なる工程であって、第２エッチング工程の後に、第１エッチング工程を有する水晶ユニットの製造方法である。
【００１３】
本発明の水晶ユニットの製造方法の第４の態様は、第１の態様において、水晶音叉基部とその水晶音叉基部に接続された第１水晶音叉腕と第２水晶音叉腕を備えた水晶音叉振動子を形成するための第１エッチング工程と、第１水晶音叉腕と第２水晶音叉腕の幅方向の第１主面と第２主面の任意の位置に各々１個の段差部と中面部を形成するための第２エッチング工程とは同じ工程である水晶ユニットの製造方法である。
【００２３】
【作用】
このように、本発明は水晶ユニットとその製造方法で、音叉腕の側面の電極およびそれに対抗する異極の電極を持つ新しい形状と電極構成を有する音叉型屈曲水晶振動子、即ち例えば、音叉腕の中立線を挟んだ中央部に溝を設け、且つその溝に電極を配置した音叉型屈曲水晶振動子を採用することにより、電気的諸特性に優れた超小型の水晶ユニットを提供することができる。
【００２４】
加えて、音叉腕に設けた溝を、各音叉腕と連結する音叉基部の部分まで延在させることで、音叉基部における歪の量を著しく大きくさせることができる。と同時に、前記音叉基部の溝との間に更に溝を設けるので、歪の量をより著しく大きくさせることができる。これにより、本発明の水晶ユニットに搭載される音叉型屈曲水晶振動子は、等価直列抵抗Ｒ_１が小さくなり、品質係数Ｑ値の高い超小型の音叉型屈曲水晶振動子を得ることができる。
【００２５】
更に、例えば、音叉腕の幅方向の位置に前記音叉腕の長さ方向に沿って１個の段差部を設け、その段差部に電極を配置し、その電極に対抗して極性の異なる電極が配置されているので、振動子の小型化が極めて容易に行えると同時に、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい、品質係数Ｑの高い超小型の音叉型屈曲水晶振動子が得られる。その結果、超小型の水晶ユニットを得ることができる。
【００２６】
又、本発明の水晶ユニットは複数個の音叉型屈曲水晶振動子を収納し、これらの振動子は電気的に並列になるように電極が構成されるので、合成された等価直列抵抗を小さくすることができる。と同時に、周波数温度特性、即ち、頂点温度の異なる複数個の振動子を採用することにより、周波数温度特性を改善することができる。
【００２７】
更に、本発明で用いられる新形状と新電極構成を有する音叉型屈曲水晶振動子と水晶ユニットの製造方法を提供することにより、超小型で、品質に優れた、安価な水晶ユニットを実現することができる。
【００２８】
【本発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を実施例によって図面に基づき具体的に述べる。
【００２９】
図１（ａ）および（ｂ）は本発明の水晶ユニットの第１実施例の、蓋を省略した状態での正面図および、蓋付きの状態での側面図である。この実施例の水晶ユニット１はケース２と音叉型屈曲水晶振動子３と蓋１９とを具えて構成されている。又、音叉型屈曲水晶振動子３は音叉腕４，５と音叉基部６とを具えて構成されていて、音叉基部６はケース２に設けられた固定部７に導電性接着剤８，９又は半田によって固定されている。更に、音叉腕４，５には溝１０，１１が設けられ、本実施例では、音叉腕に設けられた溝は音叉基部６にまで延在している。なお、本実施例及びその他の実施例の水晶ユニットの、ケース内に収納される音叉型屈曲水晶振動子の詳細については図２から図２２で詳細に説明される。
【００３０】
又、固定部７には電極１２，１３が配置されていて、音叉基部６に配置された互いに異極となる電極にそれぞれ接続されている。即ち、２電極端子を構成している。更に、固定部７の電極１２にはケース２の裏面の一方の端部にまで延在して配置され電極１４と同極になるように構成される。これに対して、固定部７の電極１３はケース２の裏面の他方の端部にまで延在して配置され電極１５と同極になるように構成されている。又、ケース２と蓋１９は接合部材１６を介して接合されている。
【００３１】
なお、本実施例では、電極１４と電極１５とはケース２の互いに反対に位置する端部に設けられているが、電極１４，１５はケースの裏面の任意の位置に設けても良い。又、このケース２の裏面の電極構成は以下に述べられる実施例のケースについても適用されるものである。
【００３２】
更に、本実施例ではケース２に真空中で封止するための穴１７が設けられていて、封止部材１８で封止されている。又、本実施例では、ケースの材料としてセラミックス又はガラス、蓋の材料としてはガラス又は金属、又、ケースと蓋を接合する接合部材としては低融点ガラス又は半田を含む金属を用い、更に、ケースの穴を封止する封止部材としては同様に低融点ガラス又は半田を含む金属が用いられる。
【００３３】
又、本実施例では、ケース２に真空中で封止するための穴１７が設けられているが、ケース２には真空封止用の穴１７を設けないで、ケースと蓋とを接合部材を介して真空中で直接封止しても良い。なお、本実施例のケースと蓋との構成は以下に述べられる他の実施例のケースと蓋にも適用されるものである。
【００３４】
図２は、ケース２に収納されて、そのケースとそれを封止する蓋３とともに本実施例の水晶ユニットを構成する音叉型屈曲水晶振動子２１の外観図とその座標系を示すものである。座標系Ｏ、電気軸ｘ、機械軸ｙ、光軸ｚからなりＯ-ｘｙｚを構成している。本実施例の音叉型屈曲水晶振動子２１は音叉腕２２と音叉腕２３と音叉基部２４とから成り、音叉腕２２と音叉腕２３とは音叉基部２４に接続されている。更に、音叉腕２２の上面には中立線を挟んで溝２５が設けられ、又、音叉腕２３の上面には音叉腕２２と同様に溝３１が設けられている。なお、図２では音叉型屈曲水晶振動子２１に配置された電極を省略して示し、角度θは、ｘ軸廻りの回転角であり、通常、０〜１０°の範囲で選ばれる。
【００３５】
図３は図２の音叉型屈曲水晶振動子２１の断面図を示し、図４は図２の音叉型屈曲水晶振動子２１の上面図を示す。ここでは、図２中の、音叉腕２２のＡ−Ａ´断面図を、図３において紙面の右側に示し、又、図２中の、音叉腕２３のＢ−Ｂ´断面図を図３において紙面の左側に示す。音叉腕２２の上下面には中立線３７（図４参照）を挟んで溝２５，２６が設けられている。更に、溝２５には電極２７が、溝２６には電極２８が配置され、その側面には電極２９，３０が配置されていて、電極２７，２８と電極２９，３０とは異電極となるように構成されている。更に詳述するならば、各音叉腕の上下面の幅方向には各々２個の段差部が音叉腕の長さ方向に沿って設けられ、前記２個の段差部には同極となる電極が配置され、前記各電極と対抗する側面に配置された電極は極性が異なるように構成されている。と同時に、音叉腕２２の溝２５，２６と電極２７，２８と側面の電極２９，３０とは音叉基部２４にまで延在して設けられている。
【００３６】
音叉腕２３の上下面にも音叉腕２２と同様に中立線３８（図４参照）を挟んで溝３１，３２が設けられている。そして、溝３１には電極３３が、溝３２には電極３４が配置されている。更に、その側面には電極３５，３６が配置されていて、電極３３，３４と電極３５，３６とは互いに異電極となるように構成されている。と同時に、音叉腕２３の溝３１，３２と電極３３，３４と側面の電極３５，３６とは音叉基部２４にまで延在して設けられている。又、音叉腕２２と音叉腕２３との電極は図３に示すように接続されて、２電極端子構造Ｃ−Ｃ´を形成する。今、電極端子Ｃ−Ｃ´間に直流電圧を印加すると、音叉腕２２と音叉腕２３とには電界Ｅ_ｘが各矢印方向に働く。この電界Ｅ_ｘは音叉腕内で電極に垂直に、すなわち直線的に働くので、電界Ｅ_ｘが大きくなり、歪の発生が大きくなる。その結果、音叉型屈曲水晶振動子２１を小型化した場合でも損失等価直列抵抗Ｒ_１の小さい、品質係数Ｑ値の高い音叉型屈曲水晶振動子が得られる。
【００３７】
図４では溝２５，３１の配置及び寸法などを詳述する。すなわち、この実施例の音叉型屈曲水晶振動子２１には音叉腕２２の中立線３７を挟むようにして溝２５が設けられ、他方の音叉腕２３にも中立線３８を挟んで溝３１が設けられている。そして、それら溝２５および溝３１の幅Ｗ₂は、中立線３７と中立線３８とを挟んだ寸法とすることが好ましい。この理由は、屈曲モードを引き起こすとき、音叉腕２２，２３の振動を容易にすることができるからである。これにより、等価直列抵抗Ｒ_１を小さくすることができ、品質係数Ｑ値の高い振動子を実現できる。
【００３８】
更に、音叉腕２２，２３の全幅ＷはＷ＝Ｗ_１＋Ｗ_２＋Ｗ_３で与えられ、通常はＷ_１＝Ｗ_３となるように設計される。又、溝幅Ｗ_２はＷ_２≧Ｗ_１，Ｗ_３を満足する条件で設計される。更に、具体的に述べると、溝幅Ｗ_２と音叉腕幅Ｗとの比（Ｗ_２／Ｗ）が０．３５〜０．８５となるように形成される。このように形成することにより、音叉腕の中立線３７と中立線３８を基点とする二次慣性モーメントが大きくなる。即ち、電気機械変換効率が良くなるので、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい、Ｑ値の高い、しかも容量比の小さい音叉型屈曲水晶振動子を得ることができる。
【００３９】
これに対して、溝２５および溝３１の長さｌ_１については、溝２５，３１が、音叉腕２２，２３から長さｌ_２の音叉基部２４にまで延在し、その音叉基部２４に延在する溝の長さがｌ_３となるような寸法とされている。それ故、音叉腕２２、２３とに設けられた溝の長さは、ｌ_１−ｌ_３で与えられ、等価直列抵抗Ｒ_１の小さな振動子を得るために、０．４〜０．７の範囲内の値を有する。更に、音叉基部の歪量を大きくして、Ｒ_１を小さくし、且つ、支持、固定によるエネルギー漏れのない振動子を得るには音叉基部の溝の長さｌ_３と音叉基部の長さｌ_２との比が０．０４〜０．７８の範囲内の値になるように溝２５，３１が構成される。なお、本実施例では、溝の長さｌ_３の側面全部に電極が配置されているが、側面の電極が溝の長さｌ_３より短く配置されている時には、ｌ_３は電極の長さと同じ長さとする。また、音叉型屈曲水晶振動子２１の全長ｌは要求される周波数や収納容器の大きさなどから決定される。と同時に、基本波モードで振動する良好な音叉型屈曲水晶振動子を得るためには、以下で説明するように、溝の長さｌ_１と全長ｌとの間には密接な関係が存在する。
【００４０】
すなわち、音叉腕２２，２３又は音叉腕２２，２３と音叉基部２４とに設けられた溝の長さｌ_１と音叉型屈曲水晶振動子２１の全長ｌとの比（ｌ_１／ｌ）が０．２〜０．６８の範囲内の値となるように溝の長さを設定している。このように形成する理由は、不要振動である２次高調波振動（基本波周波数の約６．３倍の周波数）を抑圧することができるからである。それ故、基本波モードで容易に振動する良好な音叉型屈曲水晶振動子が実現できる。さらに詳述するならば、基本波モードで振動する音叉型屈曲水晶振動子の等価直列抵抗Ｒ_１が２次高調波振動での等価直列抵抗Ｒ_２より小さくなる。即ち、Ｒ_１＜Ｒ_２となり、増幅器（ＣＭＯＳインバータ），コンデンサ，抵抗，本実施例の水晶ユニット等から成る水晶発振器において、振動子が基本波モードで容易に振動する良好な水晶発振器が実現できる。
【００４１】
更に、図示されていないが、本実施例の音叉型屈曲水晶振動子２１は厚さｔの振動子で、溝の厚みｔ_１を有している。本実施例では、溝の厚みｔ_１と音叉腕又は音叉腕と音叉基部の厚みｔとの比（ｔ_１／ｔ）が０．０５〜０．７９の範囲内の値となるように、振動子２１に溝が形成されている。このように形成することにより、音叉腕又は音叉腕と音叉基部の溝の側面電極とそれに対抗する側面の電極との間の電界Ｅ_Ｘが大きくなる。即ち、電気機械変換効率の良い、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい振動子が得られる。
【００４２】
また、この実施例では、音叉基部２４は、図４中、振動子２１の長さｌ_２の下側部分全体とされ、又、音叉腕２２及び音叉腕２３は、図４中、振動子２１の長さｌ_２の部分から上側の部分全体とされている。本実施例では音叉の叉部は矩形をしているが、本発明は前記形状に限定されるものではなく、音叉の叉部がＵ字型をしていてもよい。この場合も、矩形の形状と同じように、音叉腕と音叉基部との寸法の関係は前記関係と同じである。更に、本実施例では、音叉基部の溝と側面とに電極を配置しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、音叉基部の溝の側面に配置された電極（側面電極）に対しｘ軸方向（幅方向）に隣接する、溝の側面電極と極性の異なる少なくとも１個の電極を音叉基部の面上に配置しても良い。例えば、音叉基部の溝と溝との間に、隣接する溝の側面電極と極性の異なる２個の電極（例えば、図４に仮想線で示す電極２５ａ，３１ａ）を面上に、又は４個の電極を上下面に配置しても良い。この場合、厚み方向の対抗電極は同極となるように構成される。このように構成することにより、音叉基部の歪量が大きくなるので、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい音叉型屈曲水晶振動子を得ることができる。
【００４３】
図５は、図１に示すケース２に収納されて、そのケースとそれを封止する図１に示す蓋３とともに本発明の第２実施例の水晶ユニットを構成する音叉型屈曲水晶振動子６９の外観図とその座標系を示すものである。この実施例の音叉型屈曲水晶振動子６９では、先に述べた第１実施例における音叉型屈曲水晶振動子２１と同様に、音叉腕７０と音叉腕７６とに、溝７１と溝７７とがそれぞれ設けられるとともに、さらに、音叉基部９０には、溝８２と溝８６とが溝７１と溝７７との間に設けられている。
【００４４】
図６は、図５の音叉型屈曲水晶振動子６９の音叉基部９０のＤ−Ｄ′断面図を示す。図６では図５の水晶振動子の音叉基部９０の断面形状並びに電極配置について詳述する。音叉腕７０と連結する音叉基部９０には溝７１，７２が設けられている。同様に、音叉腕７６と連結する音叉基部９０には溝７７，７８が設けられている。更に、溝７１と溝７７との間には溝８２と溝８６とが設けられている。又、溝７２と溝７８との間には溝８３と溝８７とが設けられている。そして、溝７１と溝７２とには電極７３，７４が、溝８２と溝８３とには電極８４，８５が、溝８６と溝８７とには電極８８，８９が、溝７７と溝７８とには電極７９，８０が配置され、音叉基部９０の両側面には電極７５，８１が配置されている。
【００４５】
更に、電極７５，７９，８０，８４，８５は一方の同極に、電極７３，７４，８１，８８，８９は他方の同極になるように配置されていて、２電極端子構造Ｅ−Ｅ′を構成する。即ち、ｚ軸方向に対抗する溝の電極は同極に、且つ、ｘ軸方向に隣接する電極は異極になるように構成されている。又、図示しないが音叉腕７０，７６には第１実施例の音叉型屈曲水晶振動子２１（図３参照）と同じ様に電極が配置されている。今、２電極端子Ｅ−Ｅ′に直流電圧を印加（Ｅ端子に正、Ｅ′端子に負）すると電界Ｅｘは図６に示した矢印のように働く。電界Ｅｘは水晶振動子の側面と溝内の側面とに配置された電極により電極に垂直に、即ち、直線的に引き出されるので、電界Ｅｘが大きくなり、その結果、発生する歪の量も大きくなる。従って、音叉型屈曲水晶振動子を小型化させた場合でも、等価直列抵抗Ｒ₁ の小さい、品質係数Ｑ値の高い音叉型屈曲水晶振動子が得られる。
【００４６】
図７は図５の音叉型屈曲水晶振動子６９の上面図を示すものである。図７では溝７１，７７の配置について特に詳述する。音叉腕７０の中立線９１を挟むようにして溝７１が設けられている。他方の音叉腕７６も中立線９２を挟むようにして溝７７が設けられている。更に、本実施例の音叉型屈曲水晶振動子６９では、音叉基部９０の、溝７１と溝７７との間に挟まれた部分にも溝８２と溝８６とが設けられている。それら溝７１，７７及び溝８２，８６を設けたことで、音叉型屈曲水晶振動子６９には、先に述べたように、電界Ｅｘが図６に示した矢印のように働き、電界Ｅｘは水晶振動子の側面と溝内の側面とに配置された電極により電極に垂直に、即ち、直線的に引き出されるので、電界Ｅｘが大きくなり、その結果、発生する歪の量も大きくなる。このように、本実施例の音叉型屈曲水晶振動子６９の形状と電極構成とは、音叉型屈曲水晶振動子を小型化した場合でも電気的諸特性に優れた、即ち、等価直列抵抗Ｒ₁ の小さい、品質係数Ｑ値の高い水晶振動子を実現できる。尚、幅寸法Ｗ＝Ｗ₁ ＋Ｗ₂ ＋Ｗ₃ と長さ寸法ｌ₁ ，ｌ₂ ，ｌ_３と厚み寸法ｔ，ｔ_１とについては先に述べた第１実施例と同様の寸法条件とすることが望ましく、これらの寸法条件は、既に図４の説明の際に詳述したので、ここでは省略する。
【００４７】
図８は、図１に示すケース２に収納されて、そのケースとそれを封止する図１に示す蓋３とともに本発明の第３実施例の水晶ユニットを構成する音叉型屈曲水晶振動子１４５の上面図である。音叉型屈曲水晶振動子１４５は、音叉腕１４６，１４７と音叉基部１４８とを具えて構成されている。即ち、音叉腕１４６，１４７の一端部が音叉基部１４８に接続されている。本実施例では、音叉基部１４８にのみ複数個の溝１４９，１５１，１５２が設けられている。又、図８には示されていないが、音叉基部１４８の裏面にも溝１４９，１５０，１５１，１５２と対抗する位置に複数個の溝が設けられている。又、溝１４９と溝１５０とは、音叉腕１４６と音叉腕１４７との各々の一端部が接続された音叉基部１４８内に設けられている。
【００４８】
更に、溝１５１と溝１５２とは、音叉基部１４８の、溝１４９と溝１５０との間に挟まれた部分に設けられている。また、図８では、電極配置及びその構成法は図示されていないが、前述の第２実施例において図６で説明した電極配置とその構成方法は同じである。このように溝１４９，１５０，１５１，１５２を全て音叉基部１４８に設けるとともに第２実施例と同様の電極構成とすることにより、音叉基部１４８に発生する歪が大きくなるので、等価直列抵抗Ｒ₁ の小さい音叉型屈曲振動子が得られる。
【００４９】
図９は、図１に示すケース２に収納されて、そのケースとそれを封止する図１に示す蓋３とともに本発明の第４実施例の水晶ユニットを構成する音叉型屈曲水晶振動子１５３を示す上面図である。本実施例の音叉型屈曲水晶振動子１５３は、音叉腕１５４，１５５と音叉基部１５６とを具えて構成されている。音叉腕１５４と音叉腕１５５とには、音叉基部１５６にまで延在して設けられた溝１５７と溝１５８とが存在する。又、音叉基部１５６の、溝１５７と溝１５８との間に挟まれた部分には、溝１５９が設けられている。
【００５０】
図１０は、図９の音叉型屈曲水晶振動子１５３の音叉基部１５６のＦ−Ｆ′断面の形状を示すものである。ここでは、図９の水晶振動子１５３の音叉基部１５６の断面形状並びに電極配置について詳述する。図１０に示すように、この実施例の水晶振動子１５３では、音叉腕１５４とその腕に連結する音叉基部１５６との上下面に溝１５７と溝１６０とが互いに対抗して設けられている。同様に、音叉腕１５５とその腕に連結する音叉基部１５６との上下面にも溝１５８と溝１６１とが互いに対抗して設けられている。更に、溝１５７と溝１５８との間には、溝１５９が設けられ、又、溝１６０と溝１６１との間には溝１６２が溝１５９に対抗して設けられている。
【００５１】
そして、溝１５７と溝１６０とには同極となる電極１６３と電極１６４とが、溝１５９と溝１６２とには、電極１６５，１６６と電極１６７，１６８とが、溝１５８と溝１６１とには、同極となる電極１６９と電極１７０とがそれぞれ配置され、音叉基部１５６の両側面（図１０中紙面の左右方向に向く面）には、互いに異極となる電極１７１と電極１７２とが配置されている。しかも、溝１５７，１５８，１５９，１６０，１６１，１６２によって形成された音叉基部１５６の凸部を挟んで対抗して配置された電極は互いに異極となっている。即ち、電極１６５，１６７，１６９，１７０，１７１は一方の同極に、電極１６３，１６４，１６６，１６８，１７２は他方の同極になるように配置されていて、２電極端子構造Ｇ−Ｇ′を構成する。これにより、溝１５９には異極となる電極１６５と電極１６６とが配置され、同様に、溝１６２にも異極となる電極１６７と電極１６８とが配置されることとなる。更に、ｘ軸方向に隣接する溝の側面（段差部）に配置された対抗電極は異極となるように配置される。
【００５２】
即ち、本実施例では、溝１５９側の一方の側面（段差部）に配置された電極１６５とそれに対抗する側面（段差部）の電極１７３とは異極に、同様に、他方の側面（段差部）に配置された電極１６６とそれに対抗する側面（段差部）の電極１７４とは異極に、全く同様に、溝１６２側の一方の側面（段差部）の電極１６７とそれに対抗する側面（段差部）の電極１７５並びに、他方の側面（段差部）の電極１６８とそれに対抗する側面（段差部）の電極１７６とは互いに異極となるように配置されている。又、溝１５７とそれに対抗する厚さ（ｚ方向）の溝１６０に配置された電極１６３と電極１６４とは同極になるように構成されている。全く同様に、溝１５８とそれに対抗する厚さ（ｚ方向）の溝１６１とに配置された電極１６９と電極１７０とは同極になるように構成される。更に、溝１５７，１６０，１５８，１６１に配置された電極１６３，１６４，１６９，１７０及び音叉基部１５６の側面の電極１７１と電極１７２とは、音叉基部１５６から音叉腕１５４，１５５まで延在して配置されている。
【００５３】
今、２電極端子Ｇ−Ｇ′間に交番電圧を印加すると電界Ｅｘは、図１０中、実線と点線とで示した矢印方向に交互に働き、屈曲振動を引き起こす。又、電界Ｅｘは、溝の側面に配置された電極間に電極に対して垂直に、即ち直線的に生じるので、電界Ｅｘが大きくなり、且つ、音叉基部１５６にも溝１５９，１６２と電極１６５，１６６，１６７，１６８とが設けられているので、発生する歪の量が著しく大きくなる。即ち、音叉型屈曲水晶振動子を小型化させた場合でも、等価直列抵抗Ｒ₁ の小さい、品質係数Ｑ値の高い屈曲水晶振動子が得られる。
【００５４】
図１１は、図１に示すケース２に収納されて、そのケースとそれを封止する図１に示す蓋３とともに本発明の第５実施例の水晶ユニットを構成する音叉型屈曲水晶振動子３００の外観図とその座標系を示すものである。そして、図１２は、図１１の振動子３００の上面図であり、又、図１３は、図１２の音叉型屈曲水晶振動子３００のＩ−Ｉ′断面の形状を示す断面図である。図１１に示すように、振動子３００の座標系は水晶の結晶軸であるｘ軸（電気軸）廻りに回転角θ度回転されている。そして、水晶の結晶軸であるｙ軸（機械軸）およびｚ軸（光軸）の回転後の新軸はそれぞれｙ′軸又はｚ′軸とされており、かかる角度θは通常０°〜１０°の範囲内の角度に設定される。この音叉型屈曲水晶振動子３００は、音叉腕３０１と音叉腕３０２と音叉基部３０３とを具えて構成された、厚さｔを有するものである。さらに、音叉腕３０１には段差が設けられて、上面部３０１ａと中面部３０１ｂとの間に段差部（上面部３０１ａの内側面）３０４が形成され、その中面部３０１ｂおよび段差部３０４は音叉基部３０３にまで延在している。又、音叉腕３０２の上面にも音叉腕３０１と同様に図１２及び図１３に示すように中面部３０２ｂおよび段差部３０５が形成されている。そして、音叉基部３０３にも、上面部３０３ａ，中面部３０３ｂ及び段差部３０６が形成されている。
【００５５】
即ち、図１２に示すように、この振動子３００の音叉腕３０１には幅方向の任意の位置に段差部３０４が、一方、音叉腕３０２には幅方向の任意の位置に段差部３０５が、それぞれ音叉基部３０３にまで延在して設けられ、それら段差部３０４及び段差部３０５は、音叉基部３０３の段差部３０６にそれぞれ接続されている。又、音叉腕の側面と段差部との間の寸法は音叉腕幅Ｗの半分以下が好ましい。このように寸法を構成することにより、電界Ｅｘを大きくすることができる。その結果、等価直列抵抗Ｒ₁ の小さい、品質係数Ｑ値の高い音叉型屈曲水晶振動子を得ることができる。
【００５６】
さらに、図１３に示すように、音叉腕３０１の下面にも上面と同様に段差が設けられて、下面部３０１ｃと中面部３０１ｄとの間に段差部３０７が形成され、その段差部３０７は音叉基部３０３にまで延在している。ここで、上面の段差部３０４は、音叉腕３０１の内側に向き、また、下面の段差部３０７は、音叉腕３０１の外側に向いている。そして、段差部３０４には電極３０８が、中面部３０１ｂにはその電極３０８に連なる電極３０９が配置されている。一方、段差部３０７には電極３１０が、中面部３０１ｄにはその電極３１０に連なる電極３１１が配置されている。また、音叉腕３０１の、段差部３０４に配置された電極３０８に対抗する側面（音叉腕３０１の上面部３０１ａの外側面）には電極３１２が配置され、段差部３０７に配置された電極３１０に対抗する側面（音叉腕３０１の下面部３０１ｃの内側面）には電極３１３が配置されている。
【００５７】
このように電極を配置することにより、電界Ｅｘは電極３０８と電極３１２間及び電極３１０と電極３１３間でそれら電極に垂直に働く。これと同様に音叉腕３０２にも、音叉腕３０１と左右対称に段差が設けられて各電極が配置されている。即ち、音叉腕３０２の、上面と下面とには段差部３０５，３１４，上面部３０２ａ及び中面部３０２ｂが設けられ、段差部３０５には電極３１５が、中面部３０２ｂにはその電極３１５に連なる電極３１６が配置されている。又、段差部３１４には電極３１７が、中面部３０２ｄにはその電極３１７に連なる電極３１８が配置されている。更に、音叉腕３０２の、電極３１５に対抗する側面（音叉腕３０２の上面部３０２ａの外側面）には電極３１９が、電極３１７に対抗する側面（音叉腕３０２の中面部３０２ｂの内側面）には電極３２０が配置されている。更に、電極構成について詳述すると、電極３０８，３０９，３１０，３１１，３１９，３２０は一方の同極に、電極３１２，３１３，３１５，３１６，３１７，３１８は他方の同極にされて２電極端子Ｋ−Ｋ′を構成している。
【００５８】
今、電極端子Ｋ−Ｋ′に交番電圧を印加すると、電界Ｅｘは図１３の実線と点線との矢印で示すように電極間に垂直かつ交互に働き、屈曲振動を容易に引き起こすことができる。この結果、損失等価直列抵抗Ｒ₁ の小さい、品質係数Ｑ値の高い音叉型屈曲水晶振動子が得られる。
【００５９】
なお、本実施例では、段差部は音叉腕から音叉基部にまで延在して設けられているが、音叉腕にのみ設けても良く、又は、音叉基部にのみ設けても良い。更に、音叉基部３０３にまで延在している下面の段差部３０７と段差部３１４との間に溝を設け、溝の側面の電極と対抗する電極とが異極となるように構成しても同様の効果が得られる。
【００６０】
図１４は、図１に示すケース２に収納されて、そのケースとそれを封止する図１に示す蓋３とともに本発明の第６実施例の水晶ユニットを構成する音叉型屈曲水晶振動子３２１の外観図とその座標系を示すものである。そして、図１５は、図１４の振動子３２１の上面図であり、又、図１６は、図１５の音叉型屈曲水晶振動子３２１のＪ−Ｊ′断面の形状を示す断面図である。なお、本実施例の座標系は図１１に示す座標系と同じである。ここでの音叉型屈曲水晶振動子３２１は、音叉腕３２２と音叉腕３２３と音叉基部３２４とを具えて構成され、厚みｔを有している。
【００６１】
さらに、音叉腕３２２には段差が設けられて、図１４及び図１６に示すように、上面部３２２ａ，中面部３２２ｂ，中面部３２２ｄ及び下面部３２２ｃが形成されるとともに、段差部（上面部３２２ａの内側面）３２５が形成され、その中面部３２２ｂおよび段差部３２５は音叉基部３２４にまで延在している。又、音叉腕３２３の上面にも音叉腕３２２と同様に図１５及び図１６に示すように中面部３２３ｂおよび段差部３２６が形成されている。そして、音叉基部３２４にも、上面部３２４ａ，中面部３２４ｂおよび下面部３２４ｃ（図示されていない）及び段差部３２７が形成されている。
【００６２】
即ち、図１５と図１６に示すように、音叉腕３２２および音叉腕３２３には段差部３２５と段差部３２６が設けられ、それら段差部３２５，３２６は、音叉基部３２４にまで延在し、段差部３２７に接続されている。さらに、音叉腕３２２の上面には段差部３２５と下面には段差部３２８とが設けられ、又、音叉腕３２３の上面には段差部３２６と下面には段差部３２９とが設けられている。
【００６３】
ここで、上面の段差部３２５および下面の段差部３２８は音叉腕３２２の内側に向き、上面の段差部３２６および下面の段差部３２９は音叉腕３２３の内側に向いている。そして、段差部３２５には電極３３０が、中面部３２２ｂにはその電極３３０に連なる電極３３１が配置され、又、段差部３２８には電極３３２が、中面部３２２ｄにはその電極３３２に連なる電極３３３が配置される。更に、音叉腕３２２の内側面には電極３３４が、音叉腕３２２の外側面には電極３３５が配置されている。これにより、電極３３０および電極３３２に対抗するように異極の電極３３５が配置されることとなる。
【００６４】
かかる音叉腕３２２と同様に、音叉腕３２３にも音叉腕３２２と左右対称に段差が設けられて各電極が配置されている。即ち、音叉腕３２３には、段差部３２６，３２９，上面部３２３ａ，中面部３２３ｂ，中面部３２３ｄ及び下面部３２３ｃが設けられ、段差部３２６には電極３３６が、中面部３２３ｂにはその電極３３６に連なる電極３３７が配置される一方、段差部３２９には電極３３８が、中面部３２３ｄにはその電極３３８に連なる電極３３９が配置されている。又、音叉腕３２３の内側面には電極３４０が、音叉腕３２３の外側面には電極３４１が配置されることから、電極３３６および電極３３８に対抗するように異極の電極３４１が配置された構成となる。さらに、図１６に示すように、電極３３０，３３１，３３２，３３３，３４０，３４１は一方の同極に、電極３３４，３３５，３３６，３３７，３３８，３３９は他方の同極にされ、２電極端子Ｌ−Ｌ′を構成する。
【００６５】
今、２電極端子Ｌ−Ｌ′に交番電圧を印加すると、電界Ｅｘは図１６の実線と点線との矢印で示すように電極間に垂直かつ交互に働き、屈曲振動を容易に引き起こすことができる。この結果、損失等価直列抵抗Ｒ₁ の小さい、品質係数Ｑ値の高い音叉型屈曲水晶振動子が得られる。なお、本実施例では、音叉腕３２２，３２３の内側に中面部３２２ｂ，３２２ｄ，３２３ｂ，３２３ｄを設けているが、音叉腕３２２，３２３の外側に中面部を設けても同様の効果を有する。
【００６６】
又、本実施例では、中面部のある音叉腕の内側の両側面に電極３３４と電極３４０とが配置されているが、これらの電極は配置しなくとも良く、又は、各中面部の電極と同極になるように配置しても良く、前記効果と同様の効果を有する。
【００６７】
図１７は、図１に示すケース２に収納されて、そのケースとそれを封止する図１に示す蓋３とともに本発明の第７実施例の水晶ユニットを構成する音叉型屈曲水晶振動子３５１の上面図である。音叉腕３５２と音叉腕３５３との上下面には、幅方向の任意の位置に各々１個の段差部が設けられている（下面の段差部は図示されていない）。図１７では上面の段差部３５５と段差部３５６とが設けられている。更に、本実施例では、音叉腕３５２，３５３の外側に中面部３５５ｂ，３５６ｂが設けられている。図示されていないが、中面部３５５ｄ，３５６ｄは裏面にも設けられていて、段差部３５５と段差部３５６とは音叉基部３５４にまで延在して設けられている。また、音叉腕の電極配置については、図１６と同じ様に配置されている。
【００６８】
図１８は、図１に示すケース２に収納されて、そのケースとそれを封止する図１に示す蓋３とともに本発明の第８実施例の水晶ユニットを構成する音叉型屈曲水晶振動子３５１ａの上面図である。音叉腕３５２ａと音叉腕３５３ａとの上下面には、幅方向の任意の位置に段差部が音叉腕の長さ方向に延在して設けられている（下面の段差部は図示されていない）。図１８では上面の段差部３５５ａと段差部３５６ａとが設けられていて、段差部３５５ａ，３５６ａとは、音叉腕３５２ａ，３５３ａの長さ方向に１個の階段部３５５ｅと階段部３５６ｅとを有するように設けられている。更に詳述するならば、音叉腕の上下面には、幅方向の任意の位置に各々１個の段差部が設けられ、その段差部が音叉腕の長さ方向に１個延在して設けられ、前記段差部は音叉腕の長さ方向に１個の階段部を有している。ここで、「幅方向の任意の位置に１個の段差部」には、幅方向に厚みの異なる、いわゆる階段部を有する形状をも含むものである。なお、音叉型屈曲水晶振動子の音叉腕の上下面の少なくとも１面には幅方向の任意の位置に１個の段差部が設けられ、その段差部が音叉腕の長さ方向に少なくとも１個延在している構成であれば、本実施例の構成に限らず、後述する本実施例の効果と同様の効果を得ることができる。
【００６９】
更に、本実施例では、音叉腕３５２ａ，３５３ａの外側に中面部３５５ｂ，３５６ｂとが設けられている。図示されていないが、中面部３５５ｄ，３５６ｄは裏面にも設けられていて、本実施例では段差部３５５ａと段差部３５６ａとは音叉基部３５４ａにまで延在して設けられているが、音叉腕にのみ設けても良い。また、音叉腕の電極配置については、図１６と同じ様に配置されている。
【００７０】
なお、本実施例では、音叉腕の長さ方向に１個の階段部が設けられているが、２個以上の複数個の階段部を設けても良い。又、前記段差部は音叉腕の長さ方向に分割されていても良い。更に、本実施例の段差部及び階段部の構成は第５実施例〜第７実施例及び以下に述べられる第９実施例と第１０実施例の音叉型屈曲水晶振動子にも適用することができるのはもちろんである。
【００７１】
図１９は、図１に示すケース２に収納されて、そのケースとそれを封止する図１に示す蓋３とともに本発明の第９実施例の水晶ユニットを構成する音叉型屈曲水晶振動子３５７の上面図を示すものである。この実施例の音叉型屈曲水晶振動子３５７では、図１７で述べた音叉型屈曲水晶振動子３５１と同様に、音叉腕３５８と音叉腕３５９との上下面には、幅方向の任意の位置に各々１個の段差部が設けられている（下面の段差部は図２０参照）。図１９の実施例では、音叉腕３５８と音叉腕３５９とには、段差部３６１，３６２と中面部３６１ｂ，３６２ｂとがそれぞれ設けられているとともに、さらに、音叉基部３６０には、溝３６３と溝３６４とが設けられている。また、本実施例では、段差部３６１と段差部３６２とは音叉基部３６０にまで設けられている。即ち、それら段差部３６１，３６２は、音叉腕３５８と音叉腕３５９の長さ方向に沿って設けられている。
【００７２】
図２０は、図１９の音叉型屈曲水晶振動子３５７の音叉基部３６０のＭ−Ｍ´断面図を示す。図２０では図１９の水晶振動子の音叉基部３６０の断面形状並びに電極配置について詳述する。音叉腕３５８，３５９とそれら音叉腕に連結する音叉基部３６０とには段差部３６１，３６２，３６５，３６６と中面部３６１ｂ，３６２ｂ，３５６ｄ，３６６ｄとが設けられている。更に、段差部３６１と段差部３６２との間には溝３６３と溝３６４とが設けられている。同様に、段差部３６５と段差部３６６との間には溝３６７と溝３６８とが設けられている。
【００７３】
そして、溝３６３，３６４，３６７，３６８の側面（段差部）を含む溝内に電極が配置されている。即ち、溝３６３と溝３６４とには電極３６９，３７０が、溝３６７と溝３６８とには電極３７１，３７２が配置されている。更に、段差部３６１と段差部３６２とには電極３７３，３７４が中面部３６１ｂ，３６２ｂにそれぞれ連なるように配置されている。同様に、段差部３６５と段差部３６６とには電極３７５，３７６が中面部３６５ｄ，３６６ｄにそれぞれ連なるように配置されている。また、音叉基部３６０の両側面には電極３７７，３７８が配置されている。
【００７４】
更に、電極３６９，３７１，３７４，３７６，３７７は一方の同極に、電極３７０，３７２，３７３，３７５，３７８は他方の同極になるように配置されていて、２電極端子構造Ｐ−Ｐ´を構成する。即ち、ｚ´軸方向に対抗する溝電極は同極に、且つ、段差部の電極に対抗するｘ軸方向の電極は異極となるように構成されている。今、２電極端子Ｐ−Ｐ´に直流電圧を印加（Ｐ端子に正、Ｐ´端子に負）すると電界Ｅｘは図２０に示した矢印のように働く。電界Ｅｘは段差部の側面と溝内の側面とに配置された電極により電極に垂直に、即ち、直線的に引き出されるので、電界Ｅｘが大きくなり、その結果、発生する歪量も大きくなる。従って、音叉型屈曲水晶振動子を小型化させた場合でも、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい、品質係数Ｑ値の高い音叉型屈曲水晶振動子が得られる。
【００７５】
なお、本実施例では、音叉基部３６０の両側面に互いに極性の異なる電極３７７と電極３７８とが配置されているが、これらの電極は配置しなくても良く、又は、隣接する中面部の電極と同極となるように配置しても良い。このように電極を配置しても、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい、品質係数Ｑ値の高い音叉型屈曲水晶振動子が得られる。
【００７６】
図２１は、図１に示すケース２に収納されて、そのケースとそれを封止する図１に示す蓋３とともに本発明の第１０実施例の水晶ユニットを構成する音叉型屈曲水晶振動子３７９の上面図を示すものである。この実施例の音叉型屈曲水晶振動子３７９では、図１７で述べた音叉型屈曲水晶振動子３５１と同様に、音叉腕３８０と音叉腕３８１との上下面には、幅方向の任意の位置に各々１個の段差部が音叉腕の長さ方向に延在して設けられている（下面の段差部は図２２参照）。図２１の実施例では、音叉腕３８０と音叉腕３８１とには、段差部３８３，３８４と中面部３８３ｂ，３８４ｂとがそれぞれ設けられているとともに、さらに音叉基部３８２に、溝３８５が設けられている。また、本実施例では、段差部３８３と段差部３８４とは音叉基部３８２にまで延在して設けられている。
【００７７】
図２２は、図２１の音叉型屈曲水晶振動子３７９の音叉基部３８２のＮ−Ｎ´断面図を示す。図２２では図２１の水晶振動子の音叉基部３８２の断面形状並びに電極配置について詳述する。音叉腕３８０，３８１とそれら音叉腕に連結する音叉基部３８２とには段差部３８３，３８４，３８６，３８７と中面部３８３ｂ，３８４ｂ，３８６ｄ，３８７ｄとが設けられている。更に、段差部３８３と段差部３８４との間には溝３８５が設けられている。同様に、段差部３８６と段差部３８７との間には溝３８８が設けられている。
【００７８】
そして、溝３８５，３８８の側面（段差部）を含む溝内に電極が配置されている。即ち、溝３８５には電極３８９と電極３９０とが配置され、極性が異なるように構成されている。同様に、溝３８８には極性の異なる電極３９１と電極３９２とが配置されている。更に、段差部３８３と段差部３８４とには電極３９３，３９４とが中面部３８３ｂ，３８４ｂにそれぞれ連なるように配置されている。同様に、段差部３８６と段差部３８７とには電極３９５，３９６が中面部３８６ｄ，３８７ｄにそれぞれ連なるように配置されている。また、音叉基部３８２の側面には電極３９７，３９８が配置されている。
【００７９】
更に、電極３８９，３９１，３９４，３９６，３９７は一方の同極に、電極３９０，３９２，３９３，３９５，３９８は他方の同極になるように配置されていて、２電極端子Ｕ−Ｕ´を構成する。即ち、各溝内には互いに極性の異なる電極が配置されていて、段差部の電極に対抗する電極は異極になるよう構成されている。今、２電極端子Ｕ−Ｕ´に交番電圧を印加すると、電界Ｅｘは図２２に示した実線と点線の矢印方向に働く。電界Ｅｘは段差部の側面と溝内の側面とに配置された電極により、電極に垂直に、即ち、直線的に引き出せるので、電界Ｅｘが大きくなり、その結果、発生する歪量も大きくなる。従って、音叉型屈曲水晶振動子を小型化させた場合でも、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい、品質係数Ｑ値の高い音叉型屈曲水晶振動子を得ることができる。
【００８０】
なお、本実施例では、音叉基部３８２の両側面に異極となる電極３９７と電極３９８とが配置されているが、これらの電極は配置しなくても良く、又は、隣接する中面部の電極と同極となるように配置しても良い。又、この電極構成は音叉腕の両外側側面にも適用できる。このように電極を配置することにより、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい、品質係数Ｑ値の高い、より超小型の音叉型屈曲水晶振動子を得ることができる。又、本発明の上記第５実施例〜第１０実施例の水晶ユニットを構成する音叉型屈曲水晶振動子では、音叉腕の上下面、即ち４面に段差部が設けられているが、音叉腕の上下面の少なくとも１面に幅方向の任意の位置に１個の段差部を音叉腕の長さ方向に延在して設けても良い。
【００８１】
図２３は本発明の第１１実施例の水晶ユニットの、蓋を省略した状態での正面図である。この実施例の水晶ユニット４００はケース４０１と、図２で示された前記第１実施例の音叉型屈曲水晶振動子２１と同じ溝構成と電極配置とを有する２個の音叉型屈曲水晶振動子４０２，４０３と、図示しない蓋とを具えて構成されている。又、一方の音叉型屈曲水晶振動子４０２は音叉腕４０４，４０５と音叉基部４０６とを具えて構成されている。同様に、他方の音叉型屈曲水晶振動子４０３は音叉腕４０７，４０８と音叉基部４０９とを具えて構成されていて、音叉型屈曲水晶振動子４０２の音叉基部４０６と音叉型屈曲水晶振動子４０３の音叉基部４０９とは接続部４１０を介して一体に形成されている。更に、水晶振動子４０２と水晶振動子４０３とは角度φにて形成され、通常、角度φは０°〜３０°に設定される。なお、角度φ＝０°でも製造のバラツキにより異なる頂点温度を有する振動子を得ることができる。
【００８２】
ここで、「一体に形成」とは、水晶ウエハから音叉型屈曲水晶振動子が切り離されたとき、複数個の音叉型屈曲水晶振動子が音叉基部で接続部を介して接続、形成されているものをいい、更に、この構成の振動子をケースの固定部に接着剤等で固定した後、接続部を切り離したものも「一体に形成」に含まれる。
【００８３】
また、音叉基部４０６，４０９はケース４０１に設けられた固定部４１１の複数の個所に導電性接着剤４１２，４１３，４１４，４１５又は半田によって固定されている。なお、本実施例では４個所で固定しているが、少なくとも２個所以上であれば良い。更に、音叉腕４０４，４０５には溝４１６，４１７が、音叉腕４０７，４０８には溝４１８，４１９とが設けられ、本実施例では、音叉腕に設けられた溝は音叉基部４０６，４０９にまで延在しているが、音叉腕のみに溝を配置しても良い。
【００８４】
又、固定部４１１には４個の電極４２０，４２１，４２２，４２３が配置されていて、音叉基部４０６，４０９にそれぞれ配置された互いに異極となる電極にそれぞれ接続されている。即ち、本実施例では、音叉型屈曲水晶振動子４０２と音叉型屈曲水晶振動子４０３とがそれぞれ２電極端子を構成している。更に、本実施例の電極構成の変形例としては、少なくとも２個の電極、例えば、電極４２１と電極４２２とが共通の電極（１個の電極）になるように構成しても良い。
【００８５】
更に、図示されていないが、固定部４１１の４個の電極４２０，４２１，４２２，４２３はケース４０１の裏面にまで延在して配置されている。又は、少なくとも前記電極の２個が共通電極となり、裏面には３個の電極又は２個の電極が配置されている。
【００８６】
さらに詳述するならば、音叉型屈曲水晶振動子４０２と音叉型屈曲水晶振動子４０３とが電気的に並列になるようにケースの裏面の電極は構成される。即ち、２個の音叉型屈曲水晶振動子４０２，４０３を電気信号により励振させた時に、両振動子が電気的に並列に接続されている電極の構成を電気的に並列な構成と言う。
【００８７】
このように両音叉型屈曲水晶振動子４０２，４０３に角度φを持たせると、両水晶振動子にそれぞれ異なる周波数温度特性を持たせる事ができる。即ち、頂点温度の異なる音叉型屈曲水晶振動子を得ることができる。更に、これらの水晶振動子を電気的に並列に接続することにより、音叉型屈曲水晶振動子の周波数温度特性を改善することができる。良好な周波数温度特性を得るためには、両振動子４０２，４０３の周波数差は３０ｐｐｍ以内にすることが好ましい。また、図２４に、両音叉型屈曲水晶振動子４０２，４０３の電気的な接続図を示す。
【００８８】
図２５に上記音叉型屈曲水晶振動子４０２，４０３を具える本実施例の水晶ユニットの周波数温度特性の一例を示す。図２３の、一方の振動子４０２が温度特性４３０を、他方の振動子４０３が温度特性４３１を有する場合、電気的に並列に接続されると両水晶振動子の周波数温度特性は曲線４３２のようになる。即ち、本実施例の音叉型屈曲振動子は、曲線４３２に示すような周波数温度特性を有することとなり、これにより、温度変化に対して周波数変化の少ない安定した特性の水晶振動子とすることができる。この結果、本実施例の水晶ユニットは超小型で、しかも、周波数温度特性に優れた水晶ユニットを実現できる。
【００８９】
図２６は本発明の第１２実施例の水晶ユニットの、蓋を省略した状態での正面図である。この実施例の水晶ユニット４５０はケース４５１と、前記第１実施例の音叉型屈曲振動子２１と同じ溝と電極構成とを有する２個の音叉型屈曲水晶振動子４５２，４５３と、図示しない蓋とを具えて構成されていて、２個の振動子４５２，４５３は接続部４５５を介して一体に形成されている。又、ケース４５１には両水晶振動子４５２，４５３の振動の干渉を防止する仕切り４５４が両振動子４５２，４５３の間に設けられている。又、仕切り４５４の高さは、ケース４５１の高さと同じか、それより低くなるように設けられている。
【００９０】
又、本実施例では、２個の音叉型屈曲水晶振動子４５２，４５３の振動の干渉を防止する仕切り４５４がケース４５１に連なるように設けられているが、両水晶振動子４５２，４５３との間に両水晶振動子と一体になるように形成しても両水晶振動子の振動の干渉を防止することができる。更に、本実施例の溝や電極等の構成は図示されていないが、図２３と全く同じ様に構成されている。
【００９１】
なお、第１１実施例と第１２実施例では、水晶ユニットのケースに収納される、一体に形成された２個の音叉型屈曲水晶振動子は、先の第１実施例の水晶ユニットのケースに収納される音叉型屈曲水晶振動子を用いて説明したが、これらの実施例の水晶ユニットのケースに収納される２個の音叉型屈曲水晶振動子は、第２実施例〜第１０実施例の音叉型屈曲水晶振動子を用いても良く、又はそれら振動子を組み合わせて形成したものでも良く、又は２個の振動子のうちの少なくとも１個に、第１実施例〜第１０実施例の音叉型屈曲水晶振動子を用いる事により、図２５で述べられた効果と同じ効果を得ることができる。
【００９２】
即ち、２個の音叉型屈曲水晶振動子を電気的に並列に接続することにより、周波数温度特性の改善ができ、温度に対して周波数変化の小さい水晶ユニットを得ることができる。と同時に、両水晶振動子の等価直列抵抗Ｒ_１が同じとき、合成される等価直列抵抗は約半分になる。このように、損失抵抗の小さい音叉型屈曲水晶振動子を具える水晶ユニットが実現できる。なお、上記第１１実施例と上記第１２実施例に用いられるケースと蓋とは上記第１〜１０実施例で述べられたケースと蓋と同じ様に構成されている。
【００９３】
次に、本発明の水晶ユニットの製造方法の実施例について、図面に記載の工程に従って述べる。図２７は上記実施例の水晶ユニットを製造するための、本発明の製造方法の一実施例の工程図である。記号Ｓ−1からＳ−１２は工程の番号を示す。まず、Ｓ−１では水晶ウエハ４０（断面図で示す）が準備される。次に、Ｓ−２ではその水晶ウエハ４０の上面と下面に金属膜（例えば金）４１が蒸着又はスパッタリングにより形成される。更に、Ｓ−３では前記金属膜４１の上にレジスト４２が塗布される。そして、フォトリソ工程により、それら金属膜４１とレジスト４２とが音叉形状を残して除去された後、エッチング加工により、Ｓ−４で示される音叉腕４３，４４と音叉基部４５とを具えた音叉形状が形成される。なお、図２７では１個の音叉形状の形成について示したが、同様にして、１枚の水晶ウエハ上に多数個の音叉形状が形成される。
【００９４】
次に、Ｓ−２とＳ−３の工程で示したと同様の金属膜とレジストがＳ−４の音叉形状に塗布されて、フォトリソ工程とエッチング加工により、Ｓ−５で示される音叉腕４３および音叉腕４４に溝４６，４７，４８，４９が形成される。更に、Ｓ−５に金属膜とレジストが塗布されて、フォトリソ工程により極性が異なる電極がＳ−６で示されるように形成される。
【００９５】
即ち、音叉腕４３の側面に配置された電極５０，５３と音叉腕４４の溝４８，４９に配置された電極５５，５６は同極となるように接続形成される。同様に、音叉腕４３の溝４６、４７に配置された電極５１，５２と音叉腕４４の側面に配置された電極５４，５７は同極となるように接続形成される。更に詳述するならば、溝の側面（段差部）と対抗する音叉腕の側面に互いに異なる極性を有する電極が配置されているので、音叉腕は逆相で屈曲振動をする。
【００９６】
本実施例では、Ｓ−３の工程から音叉形状を形成し、その後、音叉腕に溝を形成しているが、本発明は前記実施例に限定されるものではなくて、Ｓ−３の工程からまず溝を形成し、その後に音叉形状を形成しても良い。又は、音叉形状と溝を同時に形成しても良い。更に、Ｓ−４からＳ−５の工程で音叉腕と音叉基部とに溝を形成しても良い。又、本実施例では溝を形成しているが、溝の代わりに、段差部と中面部とを形成しても良い。
【００９７】
次の工程は矢印で示されるＡとＢの２つの方法がある。Ａはケースに穴がない場合で、Ｂは穴がある場合である。まずＡの工程では形成された音叉型屈曲水晶振動子６０の音叉基部４５がＳ−７で示されるように、ケース５８の固定部５９に導電性接着剤６１又は半田にて固定される。次に、Ｓ−８では水晶振動子６０の周波数がレーザ６２又は蒸着にて所要の値に調整され、最後に、Ｓ−９で示すように、ケース５８と蓋６３とが低融点ガラス６４又は半田などの金属を介して接合される。この場合はケース５８は真空封止用の穴を持たないので、接合は真空中で行われる。図示されていないが、更に、周波数の偏差を小さくするために、Ｓ−９の後にレーザで周波数調整をしても良い。
【００９８】
次にＢの工程では、Ｓ−１０で音叉型屈曲水晶振動子６０の音叉基部４５がケース６５の固定部５９に導電性接着剤６１又は半田にて固定される。次に、Ｓ−８と同じ様にして周波数調整が行われ、更に、Ｓ−１１では、ケース６５と蓋６３がＳ−９と同じ方法で接合される。更に、真空中で周波数調整が行われ、最後に、Ｓ−１２では、ケース６５に設けられた穴６７が真空中で低融点ガラスや半田などの金属６６を用いて封止される。このように、本実施例では、Ｓ−１０の工程の後とＳ−１１の工程の後とに周波数調整が行われるが、少なくともどちらか一方の工程の後に周波数調整をしても良い。又、Ａの工程と同じように、周波数の偏差を小さくするために、Ｓ−１２の後にレーザーで周波数調整をしても良い。
【００９９】
本実施例では、１個の音叉型屈曲水晶振動子を具える水晶ユニットの製造方法について説明したが、２個以上（複数個）の振動子を具える水晶ユニットの場合も同じ工程で製造される。即ち、Ｓ−３の工程から接続部を介して音叉基部で接続される２個以上（複数個）の音叉形状を形成し（Ｓ−４）、更に、Ｓ−５では両音叉腕に溝又は両音叉腕と両音叉基部とに溝を形成し、Ｓ−６では各音叉型屈曲水晶振動子は逆相で振動するように、更に、両音叉型屈曲水晶振動子の電極は両振動子が電気的に並列になるように配置され、Ａ工程（Ｓ−７〜Ｓ−９）又はＢ工程（Ｓ−１０〜Ｓ−１２）にて形成される。更に、周波数の偏差を小さくするために、Ｓ−９又はＳ−１２の後にレーザで両振動子の周波数調整を行っても良い。
【０１００】
上記方法で製造された本発明の水晶ユニットは、超小型で、品質に優れた、安価な水晶ユニットを実現することができる。
【０１０１】
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものではなく、例えば、上記第２実施例及び第４実施例の水晶ユニットにおける音叉型屈曲水晶振動子では、その音叉腕に設ける溝が音叉基部にまで延在して形成されるとともに音叉基部に形成される溝が、前記音叉基部に設けられた溝と溝との間に更に設けられて、かかる構成の溝の電極構成について述べているが、音叉基部の溝と連なる音叉腕の溝及び音叉腕の側面にも上記第１実施例の水晶ユニットにおける音叉型屈曲水晶振動子と同様に電極が配置されている。
【０１０２】
更に、本発明の第５実施例〜第１０実施例では音叉腕の上下面の幅方向の任意の位置に各々１個の段差部を音叉腕の長さ方向に直線になるように設け、段差部と音叉腕の側面に電極が対抗して配置されていて、前記対抗電極は互いに極性が異なるように構成されている音叉型屈曲水晶振動子を示しているが、段差部は音叉腕の長さ方向に曲線になるように設けても良い。同時に、音叉腕が逆相で振動するように電極は構成される。更に、本発明の上記実施例では溝を音叉腕、又は音叉腕と音叉基部とに設けているが、溝の代わりに穴を設けても良い。
【０１０３】
又、上記第１実施例〜第４実施例、第９実施例及び１０実施例では、音叉型屈曲水晶振動子に溝として２個の対向する段差部（段差部４個）がその端部で接続されるような構成の形状（上面図で四角形）が示されているが、本発明に適用できる溝の形状はこれに限定されるものではない。即ち、本発明に適用できる溝の形状は、少なくとも２個の段差部からなる形状を有するものを含むものであり、音叉腕又は音叉基部の長さ方向に延在する段差部を有する、例えば三角形以上の多角形のような形状や円弧を含む形状をも包含するものである。と同時に、長さ方向に対向する段差部の片方の端部同士が段差部を介して接続されている形状をも溝として包含するものである。
【０１０４】
更に、上記実施例では、音叉基部と固定部とを導電性接着剤又は半田によって固定されているが、本発明はこれに限定されるものでなく、音叉基部とケースの固定部とに配置された金属同士を原子間結合による固定法を用いても良い。
【０１０５】
又、上記実施例の音叉型屈曲水晶振動子は音叉腕２本から構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、音叉腕が３本以上であっても良い。
【０１０６】
更に、本発明の水晶ユニットの上記第１１，１２実施例では、周波数温度特性の異なる音叉型屈曲水晶振動子を得るために、両振動子の間に角度φを持たせているが、異なる周波数温度特性を得るために、各振動子の寸法を異なるように形成しても良い。
【０１０７】
又、上記第１１実施例と上記第１２実施例では、一体に形成された２個の音叉型屈曲水晶振動子が水晶ユニットに収められているが、本発明はこれに限定されるものでなく、一体に形成される２個以上のいわゆる複数個の音叉型屈曲水晶振動子を用いても良い。これに加えて、これらの実施例では、２個の音叉型屈曲水晶振動子は各振動子の音叉基部の側面で接続部を介して一体に形成されているが、本発明では、音叉基部の側面での接続部を介しての、一体形成に限定されるものではなく、音叉基部での接続部を介しての、一体形成であればいかなる形状での接続、一体形成をも包含するものである。
【０１０８】
更に、上記第１１実施例と上記第１２実施例では、２個の音叉型屈曲水晶振動子が水晶ユニットに収納されているが、本発明の水晶ユニットはこれに限定されるものではなく、少なくとも１個の音叉型屈曲水晶振動子が収納されていれば良い。即ち、異なる振動モードの振動子、又はフィルター又は発振器を複数個収納しても良い。例えば、音叉型屈曲水晶振動子と厚みすべりモード振動子又は幅縦モード振動子又はラーメモード振動子又は捩りモード振動子又はＭＣＦフィルター又はＴＣＸＯやＶＣＯである。なお、上記実施例の水晶振動子は化学的エッチング法を用いて形成される。
【０１０９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の水晶ユニットとその製造方法によれば、次の如き著しい効果が得られる。
（１）音叉腕の中立線を挟んで溝を設けることにより、電界が垂直に働く。その結果、電気機械変換効率が良くなるので、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい、品質係数Ｑ値の高い音叉型屈曲水晶振動子が得られる。
（２）音叉腕の中立線を挟んで溝を設け、当該溝に電極を配置し、かかる溝が音叉基部にまで延在しているので、音叉基部での歪の量が著しく大きくなる。それ故、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい、品質係数Ｑ値の高い超小型の音叉型屈曲水晶振動子が得られる。
（３）等価直列抵抗Ｒ_１の小さい超小型の音叉型屈曲水晶振動子が搭載されるので、超小型の水晶ユニットが高品質で実現できる。
（４）搭載される音叉型屈曲水晶振動子が超小型であるので、体積の小さい水晶ユニットが得られる。即ち、軽い水晶ユニットが得られる。
（５）水晶ユニットの製造方法が簡単であるので、工数が少なく安価な水晶ユニットが実現できる。
（６）音叉基部で振動子を固定部に固定できるので、作業性に優れ、安価な水晶ユニットが得られる。
（７）水晶ユニットの内部は真空中であるので、振動による振動損失が少なくなる。その結果、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい水晶ユニットが得られる。
（８）ケースにはセラミックス又はガラスを、また蓋にはガラス又は金属を用いているので、信頼性の高い水晶ユニットが得られる。
（９）ケースと蓋の接合には低融点ガラス又は半田などの金属が用いられているので、信頼性が高く、且つ、作業性が良いので、安価な水晶ユニットが実現できる。更に、穴を封止する部材として低融点ガラス又は半田が用いられているので、品質に優れた水晶ユニットが得られる。
（１０）音叉腕の中立線を挟んで溝を設け、当該溝に電極を配置し、かかる溝が音叉基部にまで延在し、更に、当該溝の間にさらに溝を設けているので、音叉基部での歪の量が著しく大きくなる。それ故、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい、品質係数Ｑ値の高い超小型の音叉型屈曲水晶振動子が得られる。又、本振動子が搭載されるので、超小型の水晶ユニットが高品質で実現できる。
（１１）音叉腕の上下面の幅方向の任意の位置に段差を設けることにより形成される段差部に電極が配置され、前記電極に対抗する音叉腕の側面には前記電極と極性の異なる電極が配置されているので、電気機械変換効率が非常に良くなる。その結果、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい、品質係数Ｑ値の高い超小型の音叉型屈曲水晶振動子が実現できる。又、この振動子が搭載された超小型の水晶ユニットが高品質で得られる。
（１２）音叉腕の上下面の幅方向の任意の位置に段差部を音叉腕の長さ方向に延在して設け、当該段差部に電極を配置し、かかる段差部が音叉基部にまで延在し、更に、当該段差部との間にさらに溝を設けているので、音叉基部での歪の量が著しく大きくなる。それ故、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい、品質係数Ｑ値の高い超小型の音叉型屈曲水晶振動子が得られる。又、本振動子を搭載した超小型の水晶ユニットが高品質で得られる。
（１３）音叉腕の上下面の幅方向に段差部を設けているので、十分な電気機械変換効率を維持したまま音叉腕の幅を著しく小さくできる。即ち、より小型化が可能である。それ故、極めて小型化された水晶ユニットが実現できる。
（１４）複数個の音叉型屈曲水晶振動子を一体に形成し、更に、電極的に並列に接続されるので、等価直列抵抗Ｒ_１が小さくなる。例えば、２個の場合で同じ等価直列抵抗Ｒ_１を有する時、本発明の振動子では約半分の等価直列抵抗になる。即ち、複数個の振動子を搭載することにより、小さい等価直列抵抗を持った水晶ユニットが実現できる。
（１５）一体に形成された複数個の音叉型屈曲水晶振動子が搭載されるので、何らかの理由でそれらのうちの１個が破損しても、水晶ユニットとしての機能を維持することができる。
（１６）複数個の音叉型屈曲水晶振動子が、別々の各ユニットのケースに収納されるのでなく、同じユニットのケースに収納されるので、安価な水晶ユニットが実現できる。と同時に、これらの振動子を電気的に並列に接続することにより、周波数温度特性に優れた水晶ユニットが得られる。
（１７）音叉型屈曲水晶振動子をエッチング法によって形成できるので、量産性に優れ、１枚の水晶ウエハ上に多数個の振動子を一度にバッチ処理にて形成できるので、安価な音叉型屈曲水晶振動子が実現できる。更に、本振動子が搭載されるので安価な水晶ユニットが実現できる。
（１８）本発明の振動子は音叉形状に加工され、固定部で固定されるので、固定部等への固定による振動エネルギー損失が小さくなり、耐衝撃性に優れた水晶ユニットが得られる。
（１９）音叉型屈曲水晶振動子を真空中で封止後、更に、レーザで周波数調整をするので、周波数偏差の小さい水晶ユニットが得られる。
（２０）音叉型屈曲水晶振動子の音叉寸法と溝との関係を示すことにより、２次高調波振動を抑えた基本波モードで振動する、しかも、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい超小型の音叉型屈曲水晶振動子を得ることができる。その結果、超小型の水晶ユニットが高品質で得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）および（ｂ）は本発明の水晶ユニットの第１実施例の、蓋を省略した状態での正面図および、蓋付きの状態での側面図である。
【図２】 上記第１実施例の水晶ユニットを構成する音叉型屈曲水晶振動子の外観図とその座標系である。
【図３】 図２の音叉腕のＡ−Ａ´断面図とＢ−Ｂ´断面図である。
【図４】 図２に示す音叉型屈曲水晶振動子の上面図である。
【図５】 本発明の第２実施例の水晶ユニットを構成する音叉型屈曲水晶振動子の概観図とその座標系である。
【図６】 図５の音叉型屈曲水晶振動子の音叉基部のＤ−Ｄ´断面図である。
【図７】 図５の音叉型屈曲水晶振動子の上面図である。
【図８】 本発明の第３実施例の水晶ユニットを構成する音叉型屈曲水晶振動子の上面図である。
【図９】 本発明の第４実施例の水晶ユニットを構成する音叉型屈曲水晶振動子の上面図である。
【図１０】 図９の音叉型屈曲水晶振動子の音叉基部のＦ−Ｆ´断面図である。
【図１１】 本発明の第５実施例の水晶ユニットを構成する音叉型屈曲水晶振動子の概観図とその座標系である。
【図１２】 図１１に示す音叉型屈曲水晶振動子の上面図である。
【図１３】 図１２の音叉腕のＩ−Ｉ´断面の形状を示す断面図である。
【図１４】 本発明の第６実施例の水晶ユニットを構成する音叉型屈曲水晶振動子の外観図とその座標系である。
【図１５】 図１４に示す音叉型屈曲水晶振動子の上面図である。
【図１６】 図１５の音叉腕のＪ−Ｊ´断面の形状を示す断面図である。
【図１７】 本発明の第７実施例の水晶ユニットを構成する音叉型屈曲水晶振動子の上面図である。
【図１８】 本発明の第８実施例の水晶ユニットを構成する音叉型屈曲水晶振動子の上面図である。
【図１９】 本発明の第９実施例の水晶ユニットを構成する音叉型屈曲水晶振動子の上面図である。
【図２０】 図１９の音叉型屈曲水晶振動子の音叉基部のＭ−Ｍ´断面図である。
【図２１】 本発明の第１０実施例の水晶ユニットを構成する音叉型屈曲水晶振動子の上面図である。
【図２２】 図２１の音叉型屈曲水晶振動子の音叉基部のＮ−Ｎ´断面図である。
【図２３】 本発明の第１１実施例の水晶ユニットの、蓋を省略した状態での正面図である。
【図２４】 図２３の音叉型屈曲水晶振動子の電気的な接続図である。
【図２５】 上記第１１実施例の水晶ユニットの周波数温度特性の一例を示す関係線図である。
【図２６】 本発明の第１２実施例の水晶ユニットの、蓋を省略した状態での正面図である。
【図２７】 本発明の水晶ユニットの製造方法の一実施例の工程図である。
【図２８】 （ａ）および（ｂ）は従来の水晶ユニットの、蓋を省略した状態での正面図および、蓋付きの状態での側面図である。
【図２９】 従来の音叉型屈曲水晶振動子を座標系とともに示す斜視図である。
【図３０】 図２９に示す従来の音叉型屈曲水晶振動子の音叉腕を示す断面図である。
【符号の説明】
ｘ，ｙ，ｚ 水晶の結晶軸
１，１０１,４００，４５０ 水晶ユニット
２，５８，６５，１０５，４０１，４５１ ケース
３，２１，６０，１００，６９，１４５，１５３，３００，３２１，３５１，３５１ａ，３５７，３７９，４０２，４０３，４５２，４５３ 音叉型屈曲水晶振動子
４，５，２２，２３，４３，４４，１０２，１０３，１１４，１１５，７０，７６，１４６，１４７，１５４，１５５，３０１，３０２，３２２，３２３，３５２，３５３，３５２ａ，３５３ａ，３５８，３５９，３８０，３８１，４０４，４０５，４０７，４０８ 音叉腕
６，２４，４５，９０，１０４，１１６，１４８，１５６，３０３，３２４，３５４，３５４ａ，３６０，３８２，４０６，４０９ 音叉基部
７，５９，１０６，４１１ 固定部
８，９，６１，４１２，４１３，４１４，４１５ 導電性接着剤
１０，１１，２５，２５ａ，２６，３１，３１ａ，３２，４６，４７，４８，４９，７１，７２，７７，７８，８２，８３，８６，８７，１４９，１５０，１５１，１５２，１５７，１５８，１５９，１６０，１６１，１６２，３６３，３６４，３６７，３６８，３８５，３８８，４１６，４１７，４１８，４１９ 溝
１２，１３，１４，１５，２７，２８，２９，３０，３３，３４，３５，３６，５０，５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７，７３，７４，７５，７９，８０，８１，８４，８５，８８，８９，１０９，１１０，１６３，１６４，１６５，１６６，１６７，１６８，１６９，１７０，１７１，１７２，１７３，１７４，１７５，１７６，２０３，２０４，２０５，２０６，２０７，２０８，２０９，２１０，３０８，３０９，３１０，３１１，３１２，３１３，３１５，３１６，３１７，３１８，３１９，３２０，３３０，３３１，３３２，３３３，３３４，３３５，３３６，３３７，３３８，３３９，３４０，３４１，３６９，３７０，３７１，３７２，３７３，３７４，３７５，３７６，３７７，３７８，３８９，３９０，３９１，３９２，３９３，３９４，３９５，３９６，３９７，３９８，４２０，４２１，４２２，４２３ 電極
１９，６３，１１１ 蓋
１６ 接合部材
１８ 封止部材
θ，φ 角度
３７，３８，９１，９２ 音叉腕の中立線
Ｓ−１〜Ｓ−１２ 工程の番号
４０ 水晶ウエハ
４２ レジスト
６２ レーザ
６４ 低融点ガラス
６６，１１２ 金属
６７，１７ 穴
１０７，１０８ 接着剤
１１３ 水晶振動子
Ｅ_ｘ ｘ軸方向の電界
Ｅ_ｚ ｚ軸方向の電界
Ａ−Ａ´，Ｂ−Ｂ´，Ｄ−Ｄ´，Ｆ−Ｆ´，Ｉ−Ｉ´，Ｊ−Ｊ´，Ｍ−Ｍ´，Ｎ−Ｎ´ 断面記号
Ｃ−Ｃ´，Ｅ−Ｅ´，Ｇ−Ｇ´，Ｈ−Ｈ´，Ｋ−Ｋ´，Ｌ−Ｌ´，Ｐ−Ｐ´，Ｕ−Ｕ´ 電極端子
Ｗ_２ 溝幅
Ｗ 音叉腕の全幅
Ｗ_１，Ｗ₃ 音叉腕の部分幅
ｌ₁ 溝の長さ
ｌ₂ 音叉基部の長さ
ｌ₃ 音叉基部の溝の長さ
ｌ 音叉型屈曲水晶振動子の全長
ｔ 振動子の厚み
ｔ₁ 溝の厚み
Ｒ₁，Ｒ₂ 等価直列抵抗
Ｑ 品質係数
４１０，４５５ 接続部
４３０，４３１ 音叉型屈曲水晶振動子の周波数温度特性
４５４ 仕切り
４１ 金属膜
３０４，３０５，３０６，３０７，３１４，３２５，３２６，３２７，３２８，３２９，３５５，３５６，３５５ａ，３５６ａ，３６１，３６２，３６５，３６６，３８３，３８４，３８６，３８７ 段差部
３０１ａ，３０２ａ，３０３ａ，３２２ａ，３２３ａ，３２４ａ 上面部
３０１ｂ，３０１ｄ，３０２ｂ，３０２ｄ，３０３ｂ，３２２ｂ，３２２ｄ，３２３ｂ，３２３ｄ，３２４ｂ，３５５ｂ，３５６ｂ，３５５ｄ，３５６ｄ，３６１ｂ，３６２ｂ，３６５ｄ，３６６ｄ，３８３ｂ，３８４ｂ，３８６ｄ，３８７ｄ 中面部
３０１ｃ，３０２ｃ，３２２ｃ，３２３ｃ，３２４ｃ 下面部
３５５ｅ，３５６ｅ 階段部
【外１】

【外２】

Claims (6)

1. 水晶振動子と、その水晶振動子を収納するケースと、前記ケースをカバーする蓋とを備えて構成される水晶ユニットで、前記水晶振動子は水晶音叉基部と前記水晶音叉基部に接続され、対抗する主面を有する水晶音叉腕とを備えて構成され、屈曲モードで振動する水晶音叉振動子で、水晶音叉腕の一端部は水晶音叉基部に接続され、他端部は自由である水晶音叉振動子で、水晶音叉腕は少なくとも第１水晶音叉腕と第２水晶音叉腕を備えて構成され、各々の水晶音叉腕は第１主面とその第１主面に対抗する第２主面と側面とを有し、第１水晶音叉腕と第２水晶音叉腕の第１主面と第２主面の各主面の幅方向の任意の位置に各々１個の段差部と中面部を設け、第１水晶音叉腕の第１主面と第２主面に設けられた各々１個の段差部と中面部の各々に第１電極が配置され、第１電極と極性の異なる第２電極が、第２水晶音叉腕の第１主面と第２主面に設けられた各々１個の段差部と中面部の各々に配置され、さらに、第１水晶音叉腕の側面に第３電極が配置され、第３電極と極性の異なる第４電極が第２水晶音叉腕の側面に配置されていて、前記水晶音叉振動子は２電極端子を備えて構成され、前記２電極端子の内１電極端子は、第１水晶音叉腕の第１主面と第２主面に設けられた各々１個の段差部と中面部の各々に配置された第１電極と第２水晶音叉腕の側面に配置された第４電極から構成され、かつ、第１電極と第４電極とが接続され、他の１電極端子は、第１水晶音叉腕の側面に配置された第３電極と第２水晶音叉腕の第１主面と第２主面に設けられた各々１個の段差部と中面部の各々に配置された第２電極から構成され、かつ、第３電極と第２電極とが接続されている水晶音叉振動子を備えて構成されていることを特徴とする水晶ユニット。
2. 第１水晶音叉腕と第２水晶音叉腕の第１主面または第２主面には、長さ方向に互いに対向しない第１段差部と第２段差部が設けられ、前記第１段差部と前記第２段差部は第３段差部を介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載の水晶ユニット。
3. 水晶振動子と、その水晶振動子を収納するケースと、前記ケースをカバーする蓋とを備えて構成される水晶ユニットの製造方法で、前記水晶振動子は水晶音叉基部とその水晶音叉基部に接続され、対抗する主面を有する水晶音叉腕とを備えて構成され、屈曲モードで振動する水晶音叉振動子で、水晶音叉腕の一端部は水晶音叉基部に接続され、他端部は自由である水晶音叉振動子で、水晶音叉腕は少なくとも第１水晶音叉腕と第２水晶音叉腕を備えて構成され、各々の水晶音叉腕は第１主面とその第１主面に対抗する第２主面と側面とを有する水晶音叉振動子を備えた水晶ユニットの製造方法であって、
   水晶音叉基部とその水晶音叉基部に接続された第１水晶音叉腕と第２水晶音叉腕を形成するためのエッチング工程にて、水晶ウエハをエッチングによって屈曲モードで振動する水晶音叉振動子を形成する工程と、
   第１水晶音叉腕と第２水晶音叉腕の第１主面と第２主面の各主面の幅方向の任意の位置に各々１個の段差部と中面部を形成するためのエッチング工程にて、前記水晶ウエハをエッチングする工程と、
   第１水晶音叉腕の第１主面と第２主面に設けられた各々１個の段差部と中面部の各々に第１電極を配置する工程と、
   第１電極と極性の異なる第２電極を、第２水晶音叉腕の第１主面と第２主面に設けられた各々１個の段差部と中面部の各々に配置する工程と、
   第１水晶音叉腕の側面に第３電極を配置する工程と、
   第３電極と極性の異なる第４電極を第２水晶音叉腕の側面に配置する工程と、
   水晶音叉振動子をケースの固定部に固定する工程と、
   ケースをカバーするために蓋をケースに接続する工程と、を有し、
   前記水晶音叉振動子は２電極端子を備えて構成され、前記２電極端子の内１電極端子は、第１水晶音叉腕の第１主面と第２主面に設けられた各々１個の段差部と中面部の各々に配置された第１電極と第２水晶音叉腕の側面に配置された第４電極から構成され、かつ、第１電極と第４電極とが接続され、他の１電極端子は、第１水晶音叉腕の側面に配置された第３電極と第２水晶音叉腕の第１主面と第２主面に設けられた各々１個の段差部と中面部の各々に配置された第２電極から構成され、かつ、第３電極と第２電極とが接続されている水晶音叉振動子を備えて構成されていることを特徴とする水晶ユニットの製造方法。
4. 請求項３において、水晶音叉基部とその水晶音叉基部に接続された第１水晶音叉腕と第２水晶音叉腕を備えた水晶音叉振動子を形成するための第１エッチング工程と、第１水晶音叉腕と第２水晶音叉腕の幅方向の第１主面と第２主面の任意の位置に各々１個の段差部と中面部を形成するための第２エッチング工程とは異なる工程であって、第１エッチング工程の後に、第２エッチング工程を有することを特徴とする水晶ユニットの製造方法。
5. 請求項３において、水晶音叉基部とその水晶音叉基部に接続された第１水晶音叉腕と第２水晶音叉腕を備えた水晶音叉振動子を形成するための第１エッチング工程と、第１水晶音叉腕と第２水晶音叉腕の幅方向の第１主面と第２主面の任意の位置に各々１個の段差部と中面部を形成するための第２エッチング工程とは異なる工程であって、第２エッチング工程の後に、第１エッチング工程を有することを特徴とする水晶ユニットの製造方法。
6. 請求項３において、水晶音叉基部とその水晶音叉基部に接続された第１水晶音叉腕と第２水晶音叉腕を備えた水晶音叉振動子を形成するための第１エッチング工程と、第１水晶音叉腕と第２水晶音叉腕の幅方向の第１主面と第２主面の任意の位置に各々１個の段差部と中面部を形成するための第２エッチング工程とは同じ工程であることを特徴とする水晶ユニットの製造方法。

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