JP5028061B2 - 水晶振動子 - Google Patents

Description

本発明はＡＴカットとした水晶振動子を技術分野とし、特に水晶片の平面外形を大幅に小さく（概ね半減）した４ＭＨｚ帯の水晶振動子に関する。

（発明の背景）
ＡＴカットの水晶振動子は厚みすべり振動子の代表的なものとして知られ、周波数帯を概ね２〜４０ＭＨ（基本波）として各種の電子機器に周波数の基準源として広く採用される。近年では、例えば５ＭＨｚ以上の周波帯での小型化が進む中で、例えば４ＭＨｚ帯の水晶振動子（ＡＴカット）では、ベベル加工等を要することから依然として大型化が避けられない問題があった。

ちなみに、密閉容器内に水晶片１を収容した水晶振動子の平面外形寸法は、12×5.5、8.0×4.5、5.0×3.2、3.2×2.5、2.5×2.0、2.0×1.0ｍｍをディファクトスタンダード（既成規格）として小型化が進行している。これらのうち、５ＭＨｚ帯以上では、平面外形を8.0×4.50ｍｍ以下までにする小型化が進む中、４ＭＨｚ帯では依然として12×5.5ｍｍが最小であり、次のステップである8.0×4.5ｍｍへの移行が求められている。

これらは、密閉容器内に収容される水晶片の外形寸法に依存し、振動周波数が高くなるほど水晶片の厚みは小さくなって平面外形が相対的に大きくなるので、高周波では水晶片の平面外形を小さくできる。これに対し、周波数が低いほど水晶片の厚みが大きくなって相対的に平面外形が小さくなるので、低周波では水晶片の平面外形が大きくなる。

例えば水晶振動子の平面外形を前述の12×5.5ｍｍとして４ＭＨｚとした場合、水晶片の平面外形は約8.24×1.72ｍｍとなるが、水晶振動子の平面外形を次のステップの8.0×4.5ｍｍとした場合は、水晶片１の平面外形を約5.25×1.80ｍｍにする必要がある。したがって、水晶片は現状の大きさから半減することが求められる。なお、以下では、水晶振動子と水晶片との平面外形の混同を避けるため、平面外形が12×5.5ｍｍの水晶振動子を１２５５型振動子とし、8.0×4.5ｍｍの水晶振動子を８０４５型振動子とする。

（従来技術の一例）
第４図は一般的な水晶振動子の一従来例を説明する図で、同図（ａ）は水晶片の切断方位図、同図（ｂ）は水晶片の図である。

水晶振動子は図示しない表面実装用とした密閉容器内にＡＴカットとした水晶片１を収容してなる。密閉容器は例えば凹状として内底面に水晶片１を固着する容器本体と平板状のカバーとからなる。ＡＴカットは結晶軸（ＸＹＺ）のＹ軸に直交する水晶片１の主面が
、Ｘ軸を回転軸としてＹ軸からＺ軸方向に３５度１５分回転してなる。水晶片１は厚みをＹ′軸方向として、平面外形を矩形状（短冊状）とする。ここでは、水晶片１の長さをＸ軸方向とし、幅をＺ軸′方向とする。

水晶片１の両主面には、厚みすべり振動を励起する励振電極２が形成され、水晶片１が保持される例えば両端部に引出電極３を延出する。厚みすべり振動は水晶片１の両主面間でＸ軸方向に互いに逆方向に変位する振動姿態とし、振動エネルギーがＺ′軸方向に伝播する。振動周波数はＹ′軸とした厚みに依存（反比例）し、厚みが小さいほど振動周波数は高くなる。例えば周波数定数を1670としてこれを厚みで除した振動周波数となり、１ＭＨｚとすると約1.67ｍｍになる。

これらの場合、振励振電極２の面積を一定とすると、水晶片１の平面外形が大きいほど、例えば外周を保持した際の影響が少なくなるので、振動特性を良好に維持するとともに設計を容易にする。このことから、振動周波数が高いほど厚みが小さくなって平面外形は相対的に大きくなるので、５ＭＨｚ帯以上（厚みが約0.34ｍｍ以下）の高周波では前述のように平面外形を小さくできる。

これに対し、概ね、４ＭＨｚ帯以下（厚みが0.42ｍｍ以上）では厚みが大きくなるので、５ＭＨｚ帯以上と同等の厚みに対する面積比を得ようとすると、平面外形は格段に大きくなる。このことから、概ね、４ＭＨｚ帯以下では、第５図に示したように、通常、水晶片１の両主面における外周に傾斜部を設ける（所謂ベベル加工）。但し、５ＭＨｚ以上でも平面外形が小さくなれば、ベベル加工等を要する。

なお、第５図（ａ）は長辺方向の正面図、同図（ｂ）は平面図、同図（ｃ）は短辺方向の側面図、同図（ｄ）はＡ−Ａ断面図である。但し、図では平面図は実際の寸法に対して１５倍の拡大図であり、平面図に対する正面図、側面図等の厚み寸法は便宜的に大きく示しており、実際には平面図の幅に対して１／４程度である。さらに、ここでは、幅方向の
両側面（Ｚ′面）はＹ′軸からＺ′軸方向にθ度例えば５度傾け（特許文献１参照）、伝播方向（Ｚ′方向）での輪郭系振動との結合を防止する。なお、図では、省略してある。

これらの両主面での傾斜部（ベベル面）は、水晶片１の長辺及び短辺方向のいずれの両端側にも設けられ、各中心線に対してそれぞれ対称となる。但し、θ度傾けた場合は両主面間で逆対象になる。また、各両端側は厚みを有して端面を有する。ここでのベベル加工は、例えば特許文献２で示されるように、内径に曲率を有する円筒や球体からなる中空容器（研磨容器）内に多数の水晶片１を投入して一体的に形成される。

これにより、水晶片１の外周に傾斜部を形成するので、振動エネルギーが中央領域（平坦部）に閉じ込められる。したがって、外周部を保持しても振動エネルギーの漏洩を防止するので、平面外形を小さくできる。なお、振動周波数が高い例えば５ＭＨｚ以上の場合は、厚みが元々小さいのでベベル加工の効果は小さく、一般的には平板状とする。

具体的には、水晶片１の平面外形は前述した８．２４ｍｍ（長さＬ１）×１．７２ｍｍ（幅Ｗ１）まで小さくできて、１２５５型振動子の密閉容器に水晶片１を封入した水晶振動子を得ることができる。なお、水晶振動子の例えば幅方向の寸法８．２４ｍｍに対して水晶片１の同方向（Ｚ′軸、幅）の寸法は１．７２ｍｍと格段に小さいが、これにより、主振動（厚みすべり振動）に対する輪郭系のスプリアス振動の重畳を防止する。

勿論、スプリアスの発生がなければ、これよりも大きくできて振動領域（平坦部）も大きくなってＣＩもさらに低下するので、これ以上であってもよい。但し、前述のように、Ｘ軸方向厚みすべり振動の変位方向でもあり、ここでは長さ方向をＸ軸とするので、ＣＩはＸ軸方向での長さが支配的になる。また、幅Ｗ1は小さい方が水晶ウェハからの取り分が多くなるので、特性が同程度であれば小さい方が良い。そして、水晶片１の長辺Ｌ1は、容器本体の内壁に当接しない程度にして板面面積を大きくする。

ここでの水晶片１の両主面の傾斜部を除く平坦部の長さ（Ｘ軸）及び幅（Ｚ′軸）方向の平坦部長さ比はＬ2／Ｌ1は約0.185、平坦部幅比Ｗ2／Ｗ1は0.30になる。また、水晶片１の厚みＴ1は４ＭＨｚであることから約0.42ｍｍとなり、長さ方向での両端部の長辺ベベル深さ比Ｄ1／Ｔ1を0.26とする。また、短辺方向での短辺ベベル深さ比Ｄ1／Ｔ1を0.06とする。

なお、長辺及び短辺方向の両端側のベベル深さＤ1、Ｄ2は、いずれも短辺（幅）及び長辺（長さ）の中央での深さである。これらの場合、特に短辺方向の両端側となる長辺では、長辺の両端部を短辺の両端部の厚みとＴ2して、長辺の外周中央に向かって順次に大きくなり、端面厚みが中央部で最大のＴ3となる。この場合、長辺方向の両端側（短辺）でも同様な傾向を示すが、幅方向は長さが短いのでほぼ均一な端面厚みになる。

ここでは、水晶片１の励振電極２は両主面の平坦部のみならず、第６図に示したように傾斜部にまたがって形成される。これにより、平坦部の全面を振動領域として励振でき、利用効率が高まる。なお、第５図及び第６図では、水晶片１の平坦部や傾斜部は便宜的に直線状として示したが、水晶片１は前述のように曲面内で研磨されるので、厳格には各面ともに曲面となる。この場合、例えば水晶片１の両主面から曲率が連続的に増大する曲面となり（特許文献３参照）、長辺及び短辺方向の両端部も円弧状となる。

これらのことから、第７図（ａ）に示したように、ここでの水晶片１の両主面の平坦部Ｐは、水晶片１の中央部の最大厚み部から１μｍ以内の領域を指し、平坦部Ｐの長さＬ1及び幅Ｗ１は同方向での両端間の寸法とする。また、水晶片１の長さ方向の両端部Ｑは円弧状の先端から１μｍ以内の領域を指し、両端部の厚み（端面厚み）Ｔ2は先端から1μｍ内側での上下端の寸法とする「同図（ｂ）」。これから、両端部での長辺ベベル深さＤ1は長辺方向の両端部の先端から１μｍ内側の表面と水晶片１の最大厚み部との差とする。

また、水晶片１の幅方向の両端部Ｑは、ここでは５度の傾けとしているので、円弧状の先端を厚みの中心として上面側（あるいは下面側）は曲率が大きく、下面側（上面側）は曲率が小さくなる。この場合でも、円弧状の先端から１μｍ内側での上下端の寸法を両端部の厚み（端面厚み）Ｔ3とする「同図（ｃ）」。この場合、短辺ベベル深さＤ2は両主面間では厳密には異なるが、ここでは誤差の範疇とする。
特公昭５６−３６８１４号公報 特開２００２−１８６９８号公報 特開昭５５−１３７７１１号公報

（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の４ＭＨｚ帯の水晶振動子では、特にベベル加工の条件によって、水晶片１の平面外形を8.24×1.72ｍｍまでに量産化レベルで小さくできるものの、これ以上の周波数帯で進行する水晶振動子の小型化（例えば密閉容器の平面外形が8.0×4.5ｍｍ）には対応が困難であった。

すなわち、４ＭＨｚ帯の水晶振動子では、前述のようにベベル加工を要し、高周波領域の場合よりも、特にクリスタルインピーダンス（以下、ＣＩとする）を含む振動特性を維持するベベル条件が厳しいことから、水晶片１の平面外形は8.24×1.72ｍｍが限度であり、前述の12×5.5ｍｍサイズの水晶振動子が限度であった。

なお、これらの小型化に際して、研究あるいは実験レベルでは達成できたとしても、本出願人の知る限りでは、大幅に小型化を促進して、特に中空容器を用いて量産化に際しての目安となる平坦部長さ比Ｌ2／Ｌ1、同幅比Ｗ2／Ｗ1やベベル深さ比Ｄ1／Ｔ1、Ｄ2／Ｔ1等のベベル条件は開示されていない。

（発明の目的）
本発明は傾斜部（ベベル加工）を外周に有する水晶片の平面面積を大幅に小さくした水晶振動子を提供することを目的とする。

本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、長辺及び短辺を有する平面外形を矩形状としたＡＴカットの水晶片からなり、前記水晶片の多数を内周に曲率を有する中空容器内に投入して前記中空容器の回転に伴い、前記中空容器の内周に沿って前記水晶片を研磨し、前記水晶片の両主面側から全外周に傾斜部を設けて、前記水晶片の中央領域を平坦部とした水晶振動子において、前記水晶片の長辺方向での長さＬ1と前記平坦部の長さＬ2との平坦部長さ比Ｌ2／Ｌ1を0.24〜0.33として、前記水晶片の厚みＴ1と前記長辺方向の両端部における前記傾斜部の外周中央における両主面からの深さＤ1との長辺ベベル深さ比Ｄ1／Ｔ1を0.30〜0.38とした構成とする。

このような構成であれば、水晶片の長さＬ1に対する平坦部の長さＬ2の比Ｌ2／Ｌ1を0.24〜0.33として、従来例の0.185に対して約５割増（+29.7%〜78.4%）となる。したがって例えば水晶片の短辺（幅）を従来例とほぼ同一とすれば、水晶片の平坦部（振動領域）の面積も５割増しとなるので、ＣＩも小さくできる。なお、水晶片の平坦部の厚みが主振動（例えば４Ｍｚ）となるので、平坦部の面積が大きいほど主振動での振動領域が増加することに起因する。

そして、水晶片の厚みＴ1に対する長辺方向の両端側での長辺ベベル深さ比Ｄ1／Ｔ1を0.30〜0.38として、従来例の0.26よりも大きくする。これにより、平坦部長さ比Ｌ2／Ｌ1を0.24〜0.33としたときの平坦部でのエネルギー閉じ込め効果を高める。この場合、傾斜部の深さが従来よりも大きくなることによって、エネルギー閉じ込め効果が高まる。但し、長辺ベベル深さ比Ｄ1／Ｔ1が0.34を越えると、端面反射等を生じて閉じ込め効果は小さくなる。

これらの場合、例えば水晶片の長辺（長さ方向）をＸ軸方向とすると、厚みすべり振動の変位方向が長くなるので、Ｚ′軸を長さ方向とした場合よりも基本的にＣＩを小さくできる。但し、平坦部（振動領域）が増加するので、Ｚ′軸を長さ方向とした場合でも、適用できる。

（実施態様）
本発明の請求項２では、請求項１において、前記短辺方向での前記水晶片の幅Ｗ1と前記平坦部の幅Ｗ2との平坦部幅比Ｗ2／Ｗ1を0.25〜0.55として、前記水晶片の厚みＴと前記短辺方向の両端部における前記傾斜部の外周中央における深さＤ2との短辺ベベル深さ比Ｄ2／Ｔ1を0.08〜0.１4とする。

これによれば、短辺方向での水晶片１に対する平坦部の幅比Ｗ2／Ｗ1を0.25〜0.55として、従来例の0.30と同等以上とする。したがって、請求項１での平坦部長さ比Ｌ2／Ｌ1を0.24〜0.33としたことと相俟って、平坦部の面積を確実に大きくする。また、短辺方向での厚みに対する短辺ベベル深さ比Ｄ2／Ｔ1を0.08〜0.１4として、従来例の0.06よりも約2〜2.5倍大きくする。したがって、幅方向においても閉じ込め効果を大きくしてＣＩをさらに小さくできる。

同請求項３では、請求項１において、前記水晶片の両主面に形成される励振電極は前記平坦部から前記傾斜部にまたがって形成される。これにより、振動領域となる平坦部の全領域を漏れなく励振するので、利用効率を高めてＣＩの低下に寄与する。

同請求項４では、請求項１において、前記水晶片はＡＴカットとして結晶軸（ＸＹ′Ｚ′）のＸ軸方向を前記長辺とし、前記Ｚ′軸を短辺とする。これにより、厚みすべり振動の変位方向を長辺（長さ方向）とするので、前述のように振動を容易にしてＣＩを小さくできる。

同請求項５では、請求項４において、前記水晶片は前記Ｚ′軸に直交して長さ方向に沿った側面となるＺ′面が、前記Ｙ′軸から前記Ｚ′軸方向にθ度傾ける。これにより、Ｚ′方向に伝播する振動エネルギーの輪郭系振動との結合を防止して、ＣＩの上昇を防止する。

同請求項６では、請求項５において、前記θ度は５度とする。これにより、傾け角を明確にしてＣＩの上昇を確実に抑制する。

同請求項７では、請求項１において、前記中空容器は球体として、前記水晶片の短辺方向の両端側となる長辺端面の厚みは、前記短辺の両角部を前記長辺端面の両角部の厚みとして、前記長辺の外周中央に向かって順次に大きくなる。これは、矩形状の水晶片を球体内に投入した場合、両主面の４角部が先ず当接して順次に研磨されるため、長辺の両主面の端面中央が最後に球内周に当接することに起因する。

同請求項８では、請求項１において、前記水晶片は４ＭＨｚ帯であって、平面外形を5.25×1.80ｍｍとする。これにより、これまで、誰しもが長年にわたり、成し得なかった４ＭＨｚ帯での８０４５型振動子を各産業界に供給できて、産業上極めて有益となる。

同請求項９では、請求項１又は２において、前記平坦部は前記水晶片の最大厚み部から１μｍ以内の領域であって、前記深さＤ1又Ｄ2は前記長辺又は短辺方向の両端部の先端から１μｍ内側の表面と前記最大厚み部との差とする。これにより、本発明での平坦部及び両端部での深さを明確にする。

第１図は本発明の一実施形態を説明する水晶振動子の図で、同図（ａ）は長辺方向の正面図、同図（ｂ）は平面図、同図（ｃ）は短辺方向の側面図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。また、平面図は従来と同様に１５倍の拡大図である。

水晶振動子は前述したように長辺及び短辺を有する矩形状としたＡＴカットの水晶片１からなる。そして、ここでも水晶片１は４ＭＨｚとなる厚みＴ1（0.42ｍｍ）とし、平面外形を5.251×1.801ｍｍとしてベル加工され、両主面から全外周となる長辺及び短辺方向の両端側に曲面状の傾斜部（ベベル面）を有する。

これらは、図示ない球体とした中空容器内に研磨剤とともに多数の短冊状とした水晶片１を投入し、中空容器の高速回転によって水晶片１が先ず当接する両主面の４角部から順次に研磨されて形成される。ここでは、振動エネルギーの輪郭系振動との結合を防止するため、水晶片１のＺ′面（長辺）である両側面を５度Ｙ′軸からＺ′軸方向に傾けた後、球体に投入される。なお、第１図（ｃ）ではこの傾けは省略してある。

これらによる水晶片１の長辺及び短辺方向の正面図及び側面図は、概ね、前述したと同様に、中央領域に平坦部を、各方向での両端側に両主面から外周に端面を有する傾斜部（ベベル面）が形成され、両主面の中央部から曲率が連続的に増大する曲面状になる。そして、長辺端面（長辺の端面）は両端側を短辺の角部の厚みとして中央部に向かって順次厚みが大きくなり、中央部で最大厚みＴ3となる。短辺方向は幅が狭いため、短辺端面は概ね均等の厚みとなる。

また、水晶片１の平面外形（平面図）は4角部を従来よりも大きい円弧状とした矩形状となり、中央領域に楕円状の平坦部を有する。この場合、本来、平坦部は円に接近するが、水晶片１の長辺が短辺に比較して大きいことによって楕円状となる。なお、前述のように、平坦部は中央部の最大厚みから１μｍ以内の領域とし、両端部は円弧状の先端から1μｍ以内の領域とする。

水晶片１の両主面には、前述のように励振電極２が形成され、引出電極３の延出した両端部が図示しない容器本体の内底面に導電性接着剤によって固着される。そして、カバーを被せて密閉封入し、例えば表面実装用の水晶振動子を構成する。

第２図及び第３図はこのような水晶片を用いた水晶振動子のＣＩ特性図である。但し、第２図（ａ）は水晶片１の長さＬ1と平坦部の長さＬ2との平坦部長さ比Ｌ２／Ｌ1に対するＣＩ特性図、同図（ｂ）は水晶片１の厚みＴ1と長さ方向での両端部のベベル深さＤ1との長辺ベベル深さ比Ｄ1／Ｔ1に対するＣＩ特性図である。

また、第３図（ａ）は水晶片１の幅Ｗ1と平坦部の幅Ｗ2との平坦部幅比Ｗ2／Ｗ1に対するＣＩ特性図、同図（ｂ）は水晶片１の厚みＴ1と幅方向での両端部のベベル深さＤ2との短辺ベベル深さ比Ｄ2／Ｔ1に対するＣＩ特性図である。

これらは、研磨条件を異ならせて振動周波数が４ＭＨｚとなる６種類の水晶片１を形成する。そして、これら６種類の水晶片１の平坦部長さ比Ｌ２／Ｌ１、長辺ベベル深さ比Ｄ１／Ｔ１、平坦部幅比Ｗ２／Ｗ１、短辺ベベル深さ比Ｄ２／Ｔ１を測定した上で、それぞれ水晶振動子を構成して各ＣＩ特性を測定した結果である。なお、６つの黒点（四角）は実測値であり、曲線は２次近似である。

要するに、研磨容器（中空容器、球）の内径、回転数、研磨時間、研磨剤等の研磨条件を異ならせることによって、平面外形を5.25×1.80ｍｍとした４ＭＨｚでの６種類の水晶片を形成する。そして、各比Ｌ２／Ｌ1、Ｄ1／Ｔ1、Ｗ2／Ｗ1、Ｄ2／Ｔ1に対するＣＩ特性を得た。第２図（ａｂ）及び第３図（ａｂ）では６種類の水晶片には１〜８の符号を付し、各図間での同符号のものは同一水晶片となる。なお、長さ方向及び幅方向ともに約0.001ｍｍ研磨されて短縮する。

これらの図から明らかなように、第２図（ａｂ）及び第３図（ａｂ）の各ＣＩ特性（２次近似曲線）は、平坦部長さ比Ｌ2／Ｌ1、長辺ベベル深さ比Ｄ1／Ｔ1、平坦部幅比Ｗ2／Ｗ1、短辺ベベル深さ比Ｄ2／Ｔ1に依存して放物線になる。

先ず、長辺方向に着目すると、平坦部長さ比Ｌ2／Ｌ1に対するＣＩ特性「第２図（ａ）」は、Ｌ2／Ｌ1が約0.28のとき、約100Ω（実測値で70Ω）を最小とした放物線となる。これは、平坦部の長さ（Ｘ軸方向）の増加とともに振動変位領域も増加するので厚みすべり振動を容易にする。そして、最小値100Ωを越えて平坦部の長さが大きくなると、振動エネルギーの端面反射等によってＣＩが悪化方向（増加方向）になる。

また、長辺ベベル深さ比Ｄ1／Ｔ1に対するＣＩ特性は「第２図（ｂ）」は、Ｄ1／Ｔ1が0.34（実測値では0.35）のときを最小値100Ω（同70Ω）として、これを越えるとＣＩは上昇傾向となる。これは、ベベル深さＤ1が大きくなると端面反射を防止してＣＩを小さくし、最小値を越えると平坦部の長さは概ね短くなる方向なのでＣＩは上昇傾向になる。なお、球体内での研磨なので、長辺ベベル深さ比Ｄ1／Ｔ1は最大値（ここでは0.35）を迎えた後、このままの深さ比で進行する。

次に、短辺方向に着目すると、平坦部幅比Ｗ2／Ｗ1に対するＣＩ特性「第３図（ａ）」は、Ｗ2／Ｗ1が約0.42（実測値では0.29）のときを最小値70Ω（同70Ω）として、これを越えるとＣＩは上昇傾向となる。この場合は、幅方向での振動領域（電極面積）が大きくなってＣＩが減少し、最小値以降では振動エネルギーの端面反射等によってＣＩが悪化する。

また、短辺ベベル深さ比Ｄ2／Ｔ1に対するＣＩ特性は「第３図（ｂ）」は、Ｄ2／Ｔ1が0.12（実測値でも0.12）のときを最小値70Ω（同70Ω）として、これを越えるとＣＩは上昇傾向となる。これは、長辺方向の場合と同様に、ベベル深さＤ1が大きくなると端面反射を防止してＣＩを小さくし、最小値を越えると平坦部の長さは概ね短くなる方向なのでＣＩは上昇傾向になる。なお、幅方向では、Ｄ2／Ｔ1が最大でも0.12とするので、側面（Ｚ‘面）を５度傾けた効果が維持される。但し、前述したように曲面状になる。

これらの各比Ｌ２／Ｌ1、Ｄ1／Ｔ1、Ｗ2／Ｗ1、Ｄ2／Ｔ1に対するＣＩ特性中、実用上の目安となる200Ω以下の範囲を２次近似曲線から抽出すると次になる。すなわち、長辺方向での平坦部長さ比Ｌ２／Ｌ1は0.28を最小として0.24〜0.34、長辺ベベル深さ比Ｄ1／Ｔ1は0.34を最小として0.30〜0.38となる。また、短辺方向での平坦部幅比Ｗ2／Ｗ1は0.42を最小として0.25〜0.55、短辺ベベル深さ比Ｄ2／Ｔ1は0.12を最小として0.8〜0.14となる。

ちなみに、本実施形態でＣＩの最小値70Ωを得たときの各比は、従来例と比較して記載すると次の通りになる。
本実施形態 従来例
水晶片の厚みＴ1 0.420ｍｍ 0.420ｍｍ
長さＬ1 5.250ｍｍ 8.240ｍｍ
幅Ｗ1 1.800ｍｍ 1.720ｍｍ
寸法比Ｗ1／Ｌ1 0.349 0.209
平坦部長さ比Ｌ2／Ｌ1 0.280 0.185
長辺ベベル深さ比Ｄ1／Ｔ1 0.350 0.260
平坦部幅比Ｗ2／Ｗ1 0.290 0.300
短辺ベベル深さ比Ｄ2／Ｔ1 0.120 0.060

ここでは、先ず、平面外形寸法及び平坦部を検討すると、本実施形態では、従来例よりも水晶片１の幅Ｗ1をほぼ同等として（若干大きくして）、長さＬ１を短くし、寸法比Ｗ1／Ｌ1を0.209から0.349に大きくする。この場合、一般には、相似の理により、長辺及び短辺ともに同程度に縮小（同縮）するが、ここでは、寸法比Ｗ1／Ｌ1を大きくして同縮に比較して相対的に板面面積を大きくする。

また、平坦部長さ比Ｌ2／Ｌ1を0.280とし、従来例の0.185よりも1.5倍（５割増）とする。これにより、水晶片１の長さＬ1が短くなっても、平坦部の長さＬ2を相対的に大きくなる。したがって、水晶片１の長さ方向（Ｘ軸方向）が厚みすべり振動の変位方向なので、振動を容易にしてＣＩを小さくする。

この場合、平坦部幅Ｗ2（0.522ｍｍ、Ｗ2／Ｗ1が0.290）は、従来例（0.516ｍｍ、同0.300）とほぼ同程度とする（若干大きくする）ので、振動領域である平坦部の面積を同縮に比較して相対的に大きくする。要するに、従来例に対して、平坦部の長さＬ2は短くなっても平坦部幅Ｗ2は同等以上とするので、平坦部の面積を相対的に大きくする。したがって、振動領域である平坦部内に閉じ込められる振動エネルギーも増加してＣＩを小さくする。

次に、傾斜部（ベベル面）の比較を検討すると、本実施形態では長さ方向での水平長Ｌ3（1.890ｍｍ）は従来例（3.358ｍｍ）よりも短いものの、深さ比Ｄ1／Ｔ1（0.350）を従来例（0.260）よりも大きくし即ちベベル傾斜を急にしてエネルギーの閉じ込め効果を高める。したがって、例えば水晶片１の両端部を保持した場合、両端部からの振動エネルギーの漏洩を防止してＣＩを小さく維持する。

また、本実施形態での幅（短辺）方向の水平長Ｗ3（0.639ｍｍ）は、従来例（0.602ｍｍ）とほぼ同程度として（若干大きくする）、深さ比Ｄ2／Ｔ1（0.120）を従来例（0.060）よりも大きくする。したがって、幅方向での閉じ込め効果を大きくしてＣＩを小さく維持する。なお、幅方向の両端は保持されず、傾斜部（ベベル面）は保持による振動エネルギーの漏洩には関係ないが、例えば端面反射による定在波等を防止してスプリアスの発生を防止することから、幅方向での傾斜部（ベベル面）も有用となる。

これらのことから、本実施形態では水晶片１の平面外形を5.25×1.80ｍｍ（４ＭＨｚ）として最小のＣＩ値である７０Ωを得た。これに対し、水晶片１の平面外形を本実施形態と同一の5.25×1.80ｍｍとして、従来例と同様の比で長辺及び短辺方向に傾斜部を形成した場合は、概ね600Ωであって実用には程遠い結果であった。

（他の事項）
上記実施例では、水晶片１の平面外形寸法は5.25×1.80ｍｍ（４ＭＨｚ）としたが、誤差も含めて長辺及び短辺ともに±５％以内であれば概ね適用できる。例えば８０４５型振動子の密閉容器（内径が例えば5.5×2.4ｍｍ）に水晶片１を収容できればよいので、水晶片１の長さは5.5ｍｍ程度にまで大きくできる（約5％の増加）。また、水晶片１は引出電極の延出した両端部を保持したが、水晶片の一端部両側に引出電極を延出して一端部両側を保持した場合でも適用できる。

本発明の一実施形態を説明する水晶振動子の図で、同図（ａ）は長辺方向の水晶片の正面図、同図（ｂ）は同平面図、同図（ｃ）は短辺方向の同側面図である。 本発明の一実施形態の作用を説明する図で、同図（ａｂ）ともにＣＩ特性図である。 本発明の一実施形態の作用を説明する図で、同図（ａｂ）ともにＣＩ特性図である。 従来例を説明する図で、同図（ａ）は切断方位図、同図（ｂ）は水晶片１の図である。 従来例を説明する水晶振動子の図で、同図（ａ）は水晶片１の正面図、同図（ｂ）は平面図、同図（ｃ）は側面図、同図（ｄ）はＡ−Ａ断面図である。 従来例を説明する水晶振動子の図で、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は平面図である。 従来例を説明する図で、同図（ａｂｃ）ともにず水晶片の一部拡大断面図である。

符号の説明

１ 水晶片、２ 励振電極、３ 引出電極

Claims (8)

1. 長辺及び短辺を有する平面外形を矩形状としたＡＴカットの水晶片からなり、前記水晶片の多数を内周に曲率を有する中空容器内に投入して前記中空容器の回転に伴い、前記中空容器の内周に沿って前記水晶片を研磨し、前記水晶片の両主面側から全外周に傾斜部を設けて、前記水晶片の中央領域を平坦部とした水晶振動子において、
   前記水晶片の長辺方向での長さＬ１と前記平坦部の長さＬ２との平坦部長さ比Ｌ２／Ｌ１を０．２４〜０．３３として、前記水晶片の厚みＴ１と前記長辺方向の両端部における前記傾斜部の外周中央における両主面からの深さＤ１との長辺ベベル深さ比Ｄ１／Ｔ１を０．３０〜０．３５とし、
   前記短辺方向での前記水晶片の幅Ｗ１と前記平坦部の幅Ｗ２との平坦部幅比Ｗ２／Ｗ１を０．２９〜０．５５とし、
   前記水晶片の厚みＴと前記短辺方向の両端部における前記傾斜部の外周中央における深さＤ２との短辺ベベル深さ比Ｄ２／Ｔ１を０．０８〜０．１２としたことを特徴とする水晶振動子。
2. 請求項１において、
   前記水晶片の両主面に形成される励振電極は前記平坦部から前記傾斜部にまたがって形成されたことを特徴とする水晶振動子。
3. 請求項１において、
   前記水晶片はＡＴカットとして結晶軸（ＸＹ′Ｚ′）のＸ軸方向を前記長辺とし、前記Ｚ′軸を短辺としたことを特徴とする水晶振動子。
4. 請求項３において、
   前記水晶片は前記Ｚ′軸に直交して長さ方向に沿った側面となるＺ′面が、前記Ｙ′軸から前記Ｚ′軸方向にθ度傾いていることを特徴とする水晶振動子。
5. 請求項４において、
   前記θ度は５度であることを特徴とする水晶振動子。
6. 請求項１において、前記中空容器は球体として、前記水晶片の短辺方向の両端側となる長辺端面の厚みは、前記短辺の両角部を前記長辺端面の両角部の厚みとして、前記長辺の外周中央に向かって順次に大きくなっていることを特徴とする水晶振動子。
7. 請求項１において、
   前記水晶片１は４ＭＨｚ帯であって、平面外形を５．２５×１．８０ｍｍとしたことを特徴とする水晶振動子。
8. 請求項１において、
   前記平坦部は前記水晶片の最大厚み部から１μｍ以内の領域であって、前記深さＤ１又Ｄ２は前記長辺方向の両端部の先端から１μｍ内側の表面と前記最大厚み部との差であることを特徴とする水晶振動子。