JP5465511B2 - 水晶振動素子 - Google Patents

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Description

本発明は、電子デバイスに用いられる水晶振動素子に関する。
従来から、電子機器には、例えば、水晶振動子が用いられている。その従来の水晶振動子の一例としては、素子搭載部材と水晶振動素子と蓋部材とから主に構成され、素子搭載部材に設けられた凹部内に水晶振動素子を搭載して蓋部材で気密封止した構造のものが知られている。ここで、水晶振動素子は、水晶片の両主面に励振電極が形成されている。また素子搭載部材は、凹部内に水晶振動素子を搭載するための搭載パッドが設けられている。また、蓋部材は、平板状に形成された金属板が用いられ、凹部を気密封止するために素子搭載部材に接合される。また、素子搭載部材に設けられた凹部の封止には、例えば、Au−Snを用いた封止、シーム溶接による封止などが用いられる。
この水晶振動素子に構成される水晶片は、種々の形状が提案されている。
例えば、平板型の水晶片としては、平面視四角形状のもの(例えば、特許文献1参照)と、平面視円形状のもの(例えば、特許文献2参照)が知られており、平板型以外の水晶片としては、例えば、音叉形状のも(例えば、特許文献3参照)のが知られている。また、平板状の素子には、その主面に凸部を設けてこの凸部の主面に電極を設けた構造のもの(例えば、特許文献4参照)や、凹部を設けてその凹部の主面に電極を設けた構造のもの(例えば、特許文献5参照)が提案されている。
なお、これら電極は、引回しパターンと電気的に接続しており、この引回しパターンにより水晶片の端部まで引回されている。
これらのような平面視四角形状の水晶片、平面視円形状の水晶片、音叉形状の水晶片は、水晶ウェハから形成される。
例えば、平面視四角形状の水晶片の主面に凸部が形成された構造の水晶振動素子の場合、凸部の主面が所定の面積を有し、平面視四角形状に形成されている。この凸部は、ウェットエッチングなどにより形成される。
この凸部主面に電極を形成し、この電極と向かい合うように反対側にも電極を設けて水晶振動素子が構成される(例えば、特許文献4参照)。
なお、凸部は、水晶片の一方の主面のみに形成する場合と両主面に形成する場合とがある。このような形状の水晶振動素子は、電極の厚みも凸部として考慮しており、水晶片の凸部と合わせて多段状の凸部として扱われる。
このような凸部を設ける理由は、水晶振動素子の振動エネルギーが凸部内で閉じ込められるようにするためである。これにより、平板状の水晶振動素子よりもクリスタルインピーダンス(以下、「CI値」という)の低い優れた特性を得ることが期待できる。
CI値が低いということは、安定した振動でありながら、振動エネルギーが凸部内で閉じ込められた状態であるといえる。
また、振動エネルギーを閉じ込めることを目的とした素子の他の例として、コンベックス加工された水晶片やベベル加工された水晶片も提案されている(例えば、特許文献6参照)。
特開2003−142975号公報 特開2005−197801号公報 特開2004−205426号公報 特開2007−053820号公報 特開2004−088137号公報 特開2007−013571号公報
しかしながら、エネルギー閉じ込めを目的とした従来の水晶振動素子は、凸部の高さによっては凸部の端部部分で境界となり不要振動を発生させる恐れがある。
例えば、不要振動は、水晶片の輪郭となる部分から生じる。これにより、多段状の凸部を有する水晶振動素子は、水晶片の輪郭、この水晶片に設けられた凸部の輪郭、凸部に設けられた電極の輪郭で不要振動が発生することとなる。この不要振動がなくなるとCI値が低くなり、優れた特性を得ることができる。そのため、従来の水晶振動素子は、この不要振動を減少させるために、多段状の凸部のそれぞれの高さや幅方の表面積の調節を行って形成されていた。
これにより、従来の水晶振動素子は、不要振動が軽減して振動のエネルギー閉じ込めが良好となるが、水晶振動素子を最適な状態に形成するのに多くの手間がかかっていた。
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、不要振動の発生を軽減させ、CI値を向上させる水晶振動素子を提供することを課題とする。
前記課題を解決するため、本発明は、板状の水晶片の両主面に凸部を有し、一方の凸部を第一の凸部、他方の凸部を第二の凸部とし、前記第一の凸部に設けられた第一の電極と、前記第二の凸部に設けられた第二の電極とを備えた水晶振動素子であって、前記第一の凸部の表面積が前記第二の凸部の表面積よりも小さく、前記第一の電極の表面積と前記第二の電極の表面積とが異なる大きさであり、前記第一の電極の表面積と前記第二の電極の表面積とが前記第一の凸部の表面積よりも小さく形成されて構成されていることを特徴とする。
また、本発明は、前記水晶片の形状と、前記第一の凸部の形状と、前記第二の凸部の形状とが所定のだ円形状となっていることを特徴とする。
このような水晶振動素子によれば、第一の凸部の表面積が第二の凸部の表面積よりも小さく設けられて構成されているので擬似的なコンベックス構造の水晶片となり、水晶片の輪郭部分、第一の凸部の輪郭部分、第二の凸部の輪郭部分で不要振動が発生しにくくなり、CI値を向上させることができる。
このような水晶振動素子によれば、前記第一の凸部の表面積が前記第二の凸部の表面積よりも小さく、前記第一の電極の表面積と前記第二の電極の表面積とが異なる大きさであり、前記第一の電極の表面積と前記第二の電極の表面積とが前記第一の凸部の表面積よりも小さく形成されて構成したので擬似的なコンベックス構造の水晶片となり、水晶片の輪郭部分、第一の凸部の輪郭部分、第二の凸部の輪郭部分で不要振動が発生しにくくなり、CI値を向上させることができる。
またこのような水晶振動素子によれば、前記水晶片の形状と、前記第一の凸部の形状と
、前記第二の凸部の形状とが、所定のだ円形状となっている。
本発明の第一の実施形態又は第二の実施形態に係る水晶振動素子の一例を示し、(a)はX軸方向の長さを概念的に示した側面図であり、(b)は第一の電極側から見た斜視図であり、(c)は第二の電極側から見た斜視図である。 本発明の第三の実施形態に係る水晶振動素子の一例を示し、(a)はX軸方向の長さを概念的に示した側面図であり、(b)は第一の電極側から見た斜視図であり、(c)は第二の電極側から見た斜視図である。 本発明の第三の実施形態に係る水晶振動素子の変形例を示した側面図である。 本発明の第四の実施形態に係る水晶振動素子の一例を示す側面図である。 本発明の変形例に係る水晶振動素子の一例を示し、(a)は第一の電極側から見た斜視図であり、(b)は第二の電極側から見た斜視図である。 実施例1の水晶振動素子のシミュレーション写真である。 比較例1の水晶振動素子のシミュレーション写真である。 比較例2の水晶振動素子のシミュレーション写真である。
次に、本発明を実施するための最良の形態(以下、「実施形態」という。)について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各構成要素について、状態をわかりやすくするために、誇張して図示している。
(第一の実施形態)
図1(a)〜(c)に示すように、本発明の第一の実施形態に係る水晶振動素子100aは、両主面に凸部11a、11bが設けられた水晶片10aと、この凸部11a、11bの主面に設けられた電極12a、12bとから主に構成されている。
水晶片10aは、ATカットであり、だ円形状に形成されている。ここで、一方の主面に設けられた凸部を第一の凸部11a、他方の主面に設けられた凸部を第二の凸部11bとしたとき、第一の凸部11aは、第二の凸部11bより小さく形成されている。つまり、第一の凸部11aの主面の表面積は、第二の凸部11bの主面の表面積よりも小さく形成される。この第一の凸部11aと第二の凸部11bとは、主面の平面形状がだ円形状に形成されている。
なお、水晶片10aは、その平面がX軸とZ軸とに平行な平面となっている。ここで、例えば、ATカットの場合、Z軸が所定の角度で回転されて新たなZ´軸として用いる場合も、前記のZ軸に含まれることとする。
前記第一の凸部11aの主面と第二の凸部11bの主面とには電極12a、12bが設けられている。なお、第一の凸部11aの主面に設けられる電極を第一の電極12aとし、第二の凸部11bの主面に設けられる電極を第二の電極12bとする。
第一の電極12aは、第一の凸部11aの主面全面に設けられる。また、第二の電極12bは、第二の凸部11bの主面全面に設けられる。
なお、これら第一の電極12a、第二の電極12bは、前記状態を満たす範囲で、凸部の主面内に形成されていれば、その長さを任意に設定してよい。
このように、本発明の第一の実施形態に係る水晶振動素子100aは、第一の凸部11aの表面積が第二の凸部11bの表面積よりも小さく設けられて構成されているので擬似的なコンベックス構造の水晶片となり、水晶片の輪郭部分、第一の凸部の輪郭部分、第二の凸部の輪郭部分で不要振動が発生しにくくなり、低いCI値となるようにCI値を向上させることができる。
(第二の実施形態)
次に、本発明の第二の実施形態に係る水晶振動素子について第一の実施形態と同様の圧電振動素子を用いて説明する。
図1(a)〜(c)に示すように、本発明の第二の実施形態に係る水晶振動素子100aは、両主面に凸部11a、11bが設けられた水晶片10aと、この凸部11a、11bの主面に設けられた電極12a、12bとから主に構成されている。
水晶片10aは、ATカットであり、だ円形状に形成されている。ここで、一方の主面に設けられた凸部を第一の凸部11a、他方の主面に設けられた凸部を第二の凸部11bとしたとき、第一の凸部11aは、第二の凸部11bより小さく形成されている。つまり、第一の凸部11aの主面の表面積は、第二の凸部11bの主面の表面積よりも小さく形成される。この第一の凸部11aと第二の凸部11bとは、主面の平面形状がだ円形状に形成されている。
前記第一の凸部11aの主面と第二の凸部11bの主面とには電極12a、12bが設けられている。なお、第一の凸部11aの主面に設けられる電極を第一の電極12aとし、第二の凸部11bの主面に設けられる電極を第二の電極12bとする。
第一の電極12aは、第一の凸部11aの主面全面に設けられる。また、第二の電極12bは、第二の凸部11bの主面全面に設けられる。
このとき、第一の電極12aは、第二の電極12bより小さく設けられる。つまり、第一の電極12aの表面積は、第二の電極12bの表面積よりも小さく設けられる。なお、この第一の電極12aと第二の電極12bとは、平面形状がだ円形状に形成されている。
ここで、第一の凸部11a、第二の凸部11b、第一の電極12a、第二の電極12bの長さの関係について説明する。なお、ATカットの水晶片10aのX軸方向を長さの基準方向とする。このとき、各長さは、だ円形状の長軸の長さ、つまり、長径とする。また、長さの基準方向は、Z軸方向を用いてもよい。この場合、例えば、Z軸方向は、だ円の短径方向となる。
まず、水晶片10aのX軸方向の長さL1を予め決めておく。このとき、水晶片10aの一方の主面のX軸方向の長さL1の端部P1a、P1bは、所定の半径R1となる仮想の円の輪郭上に位置した状態となっている。この状態で、第一の電極12aの長さL2の中心、つまり平面中心の点P2は、前記所定の半径R1となる円の輪郭に位置した状態となっている。
言い換えると、水晶片10aの長さL1は、その長さL1の一方の主面の両端部P1a、P1bを所定の半径R1となる円の輪郭に位置させた長さとする。この水晶片10aの長さL1は、予め決定しておく。
また、第一の電極12aは、第一の凸部11aと第一の電極12aとの厚みを考慮して水晶片10aから離れたところから、前記所定の半径R1となる円の輪郭に長さL2の中心点P2、つまり平面中心を位置させた状態となっている。
また、水晶片10aの長さL1において、水晶片10aの他方の主面のX軸方向の長さの端部P3a、P3bは、前記所定の半径R1となる円とは大きさが異なる所定の半径R2の仮想の円の輪郭上に位置した状態となっている。この状態で、第二の電極12bの長さL3の両端部P4a、P4bは、所定の半径R2となる円の輪郭に位置した状態となっている。
言い換えると、水晶片10aの長さL1は、その長さL1の他方の主面の両端部P3a、P3bを所定の半径R1となる円の輪郭に位置させた長さとする。
また、第二の電極12bは、第一の凹部11b、第一の電極12bの厚みを考慮して水晶片10aから離れたところから、前記所定の半径R2となる円の輪郭に長さL3の両端部P4a、P4bを位置させた長さとする。
これにより、第一の凸部11aの長さは、第一の電極12aの長さと同一となっている。同様に、第二の凸部11bの長さは、第二の電極12bの長さと同一となっている。
なお、第一の電極12aの厚さは、水晶の密度に換算した厚さとする。
これにより、前記所定の半径R1となる円の輪郭に第一の電極12aの平面の中心点P2が接する状態となる。したがって、実際の第一の電極12aの厚さは、所定の半径R1となる円の輪郭に位置させたときの厚さとは異なった値となっている。
同様に、第二の電極12bの厚さは、前記所定の半径R2となる円の輪郭に位置させる場合、水晶の密度に換算した厚さとする。したがって、実際の第二の電極12bの厚さは、所定の半径R2となる円の輪郭に位置させたときの厚さとは異なった値となっている。
なお、半径R1及び半径R2は、同じ大きさとなっても良い。
したがって、本発明の第二の実施形態に係る水晶振動素子100aは、第一の凸部11aの表面積が第二の凸部11bの表面積よりも小さく設けられ、また、第一の電極12aの表面積が第二の電極12bの表面積よりも小さく設けられた構造とすることができる。
なお、第一の凸部11aの短径の長さは、例えば、第一の凸部11aの長さの端部から水晶片10aの長さの端部(例えば端部P1a)までの距離が水晶片10aの短径側でも確保できるように決定する。
このように本発明の第二の実施形態に係る水晶振動素子100aを構成したので、第一の凸部11aの表面積が第二の凸部11bの表面積よりも小さく、第一の電極12aの表面積が第二の電極12bの表面積よりも小さく、第一の電極12aが第一の凸部11aの主面全面に設けられ、第二の電極12bが第二の凸部11bの主面全面に設けられて構成されているので擬似的なコンベックス構造の水晶片となり、水晶片10aの輪郭部分、第一の電極12aの輪郭部分、第二の電極12bの輪郭部分で不要振動が発生しにくくなり、低いCI値となるようにCI値を向上させることができる。向上させることができる。
また、このような水晶振動素子100aによれば、水晶片10aのX軸方向の長さL1の両端部P1a、P1b、P3a、P3bと、第一の凸部11aの主面全面に設けられた第一の電極12aのX軸方向の長さL2の両端部P2a、P2bと、第二の凸部11bの主面全面に設けられた第二の電極12bのX軸方向の長さL3の両端部P4a、P4bと、が所定の円の輪郭上に位置しているので、不要振動を発生しにくくさせる形状となり、CI値を向上させることができる。
(第三の実施形態)
次に、本発明の第三の実施形態に係る水晶振動素子について説明する。
図2(a)〜(c)に示すように、本発明の第三の実施形態に係る水晶振動素子100bは、両主面に凸部11c、11dが設けられた水晶片10bと、この凸部の主面に設けられた電極12c、12dとから主に構成されている。
このような第二の実施の形態に係る水晶振動素子100bは、第一の凸部11c、第二の凸部11d、第一の電極12c、第二の電極12dのX軸方向の長さがそれぞれ異なる点で第二の実施形態と異なる。
水晶片10bは、第二の実施形態と同様に、ATカットであり、だ円形状で形成されている。ここで、一方の主面に設けられた凸部を第一の凸部11c、他方の主面に設けられた凸部を第二の凸部11dとしたとき、第一の凸部11cは、第二の凸部11dより小さく形成されている。つまり、第一の凸部11cの主面の表面積は、第二の凸部11dの主面の表面積よりも小さく形成される。この第一の凸部11cと第二の凸部11dとは、主面の平面形状がだ円形状に形成されている。
前記第一の凸部11cの主面と第二の凸部11dの主面とには電極が設けられている。なお、第一の凸部11cの主面に設けられる電極を第一の電極12cとし、第二の凸部11dの主面に設けられる電極を第二の電極12dとする。
第一の電極12cは、第一の凸部11cの主面の中央側に設けられる。また、第二の電極12dは、第二の凸部11dの主面の中央側に設けられる。
このとき、第一の電極12cは、第二の電極12dより小さく設けられる。つまり、第一の電極12cの表面積は、第二の電極12dの表面積よりも小さく設けられる。なお、この第一の電極12cと第二の電極12dとは、平面形状がだ円形状に形成されている。
また、第二の電極12dの表面積は、第一の凸部11cの表面積よりも小さく形成されている。
ここで、第一の凸部11c、第二の凸部11d、第一の電極12c、第二の電極12dの長さの関係について説明する(図2参照)。なお、第三の実施形態に係る水晶振動素子100bについても、第二の実施形態と同様に、ATカットの水晶片10bのX軸方向を長さの基準方向とする。このとき、各長さは、だ円形状の長軸の長さ、つまり、長径とする。また、長さの基準方向は、Z軸方向を用いてもよい。この場合、例えば、Z軸方向は、だ円の短径方向となる。
まず、水晶片10bのX軸方向の長さL4を予め決めておく。このとき、水晶片10bの一方の主面のX軸方向の長さL4の端部P5a、P5bは、所定の半径R3となる仮想の円の輪郭上に位置した状態となっている。この状態で、第一の凸部11cの長さL5の両端部P6a、P6bは、前記所定の円の輪郭に位置した状態となっている。
言い換えると、水晶片10bの長さL4は、その長さL4の一方の主面の両端部P5a、P5bを所定の半径R3となる円の輪郭に位置させた長さとする。この水晶片10bの長さL4は、予め決定しておく。
また、第一の凸部11cは、厚みを考慮して水晶片10aから離れたところから、前記所定の半径R3となる円の輪郭に長さL5の両端部P6a、P6bを位置させた長さとする。
また、第一の電極12cは、第一の凸部11cと第一の電極12cとの厚みを考慮して水晶片10bから離れたところから、前記所定の半径R3となる円の輪郭に後述する長さL8の中心点P7、つまり平面中心を位置させた状態となっている。
次に、水晶片10bの他方の主面に設けられた第二の凸部11dのX軸方向の長さL6を決定する。
この場合、第二の凸部11dの長さL6の両端部P8a、P8bは、所定の半径R4となる円の輪郭に位置した状態となっている。このとき、第二の凸部11dの厚さを第一の凸部11cと同じ厚さとしたとき、第二の凸部11dの長さL6は、第一の凸部11cの長さL5より長くなるように、長さL6の両端部P8a、P8bを前記所定の円の輪郭上に位置させる。
次に、この状態で第二の電極12dの長さL7を決定する。
所定の厚さとなる第二の電極12dの長さL7の両端部P9a、P9bは、前記所定の半径R4となる円の輪郭上に位置した状態となっている。このとき、第二の電極12dの長さL7は、第一の凸部11cの長さL5より短くなっている。
なお第二の電極12dの厚さは、前記所定の半径R4となる円の輪郭に位置させる場合、水晶の密度に換算した厚さとする。したがって、実際の第二の電極12dの厚さは、所定の半径R4となる円の輪郭に位置させたときの厚さとは異なった値となっている。
次に、第一の電極12cの長さL8を決定する。
第二の電極12dの厚さと同じ厚さの第一の電極12cの長さL8の両端部は、前記所定の半径R3の円の輪郭上に位置しておらず、任意の長さとする。このとき、第一の電極12cの長さL8は、第二の電極12dの長さL6より短くなっている。
このような本発明の第三の実施形態に係る水晶振動素子100bによれば、第一の凸部11cの表面積が第二の凸部11dの表面積よりも小さく、第一の電極12cの表面積が第二の電極12dの表面積よりも小さく、第二の電極12dの表面積が第一の凸部12cの表面積よりも小さく形成されて構成したので擬似的なコンベックス構造の水晶片となり、水晶片10bの輪郭部分、第一の凸部11cの輪郭部分、第二の凸部11dの輪郭部分、第一の電極12cの輪郭部分、第二の電極12dの輪郭部分で不要振動が発生しにくくなり、低いCI値となるようにCI値を向上させることができる。
また、このような本発明の第三の実施形態に係る水晶振動素子100bによれば、水晶片10bのX軸方向の長さL4の両端部P5a、P5bと、第一の凸部11cのX軸方向の長さL5の両端部P6a、P6bと、第二の凸部11dのX軸方向の長さL6の両端部P8a、P8bと、水晶片10bのX軸方向に対応する第二の電極12dの長さL7の両端部P9a、P9bと、が、所定の円の輪郭上に位置していることにより、不要振動を発生しにくくさせる形状となり、CI値を向上させることができる。
(第三の実施形態の変形例)
次に、本発明の第三の実施形態の変形例に係る水晶振動素子の変形例について説明する。
図3に示すように、本発明の第三の実施形態の変形例に係る水晶振動素子100b2は、第一の電極が第二の電極より多きく構成されている点で第一の実施形態とは異なる。
なお、第一の凸部11cに設けられる電極を第一の電極12c2、第二の凸部11dに設けられる電極を第二の電極12d2とする。
このとき、第一の電極12c2は、第二の電極12d2より大きく設けられる。つまり、第一の電極12c2の表面積は、第二の電極12d2の表面積よりも大きく設けられる。なお、この第一の電極12c2と第二の電極12d2とは、平面形状がだ円形状に形成されている。
また、第一の電極12c2及び第二の電極12d2の表面積は、第一の凸部11cの表面積よりも小さく形成されている。
なお、本実施形態の場合、第二の電極12d2が第一の電極12c2より小さく設けられている。この場合は、第二の凸部11dの両端部と第二の電極12d2の平面の中心点とが所定の半径R4に接するように構成される。また、水晶片10bの両端部と第一の凸部11cの両端部と第一の電極12cの両端部とが所定の半径R3の円に接するように構成される。
このような本発明の第三の実施形態の変形例に係る水晶振動素子100b2においても、第三の実施形態と同様の効果を奏する。
(第四の実施形態)
次に、本発明の第四の実施形態に係る水晶振動素子について説明する。
図4に示すように、本発明の第四の実施形態に係る水晶振動素子100cは、両主面に凸部11e、11fが設けられた水晶片10cと、この凸部の主面に設けられた電極12e、12fとから主に構成されている。
このような第三の実施の形態に係る水晶振動素子100cは、第一の凸部11e、第二の凸部11f、第一の電極12e、第二の電極12fのX軸方向の長さがそれぞれ異なる点で第二の実施形態と異なり、第二の電極12fの表面積が第一の凸部11eの表面積よりも大きく形成されている点で第三の実施形態と異なる。
水晶片10cは、第二の実施形態と同様に、ATカットであり、だ円形状で形成されている。ここで、一方の主面に設けられた凸部を第一の凸部11e、他方の主面に設けられた凸部を第二の凸部11fとしたとき、第一の凸部11eは、第二の凸部11fより小さく形成されている。つまり、第一の凸部11eの主面の表面積は、第二の凸部11fの主面の表面積よりも小さく形成される。この第一の凸部11eと第二の凸部11fとは、主面の平面形状がだ円形状に形成されている。
前記第一の凸部11eの主面と第二の凸部11fの主面とには電極が設けられている。なお、第一の凸部11eの主面に設けられる電極を第一の電極12eとし、第二の凸部11fの主面に設けられる電極を第二の電極12fとする。
第一の電極12eは、第一の凸部11eの主面の中央側に設けられる。また、第二の電極12fは、第二の凸部11fの主面の中央側に設けられる。
このとき、第一の電極12eは、第二の電極12fより小さく設けられる。つまり、第一の電極12eの表面積は、第二の電極12fの表面積よりも小さく設けられる。
また、この第一の電極12eと第二の電極12fとは、平面形状がだ円形状に形成されている。
ここで、第一の凸部11e、第二の凸部11f、第一の電極12e、第二の電極12fの長さの関係について説明する(図4参照)。なお、第四の実施形態に係る水晶振動素子100cについても、第三の実施形態と同様に、ATカットの水晶片10cのX軸方向を長さの基準方向とする。このとき、各長さは、だ円形状の長軸の長さ、つまり、長径とする。また、長さの基準方向は、Z軸方向を用いてもよい。この場合、例えば、Z軸方向は、だ円の短径方向となる。
まず、水晶片10cのX軸方向の長さL9を予め決めておく。このとき、水晶片10cの一方の主面のX軸方向の長さL9の端部P10a、P10bは、所定の半径R5となる仮想の円の輪郭上に位置した状態となっている。この状態で、第一の凸部11eの長さL10の両端部P11a、P11bは、前記所定の半径R5となる円の輪郭に位置した状態となっている。
言い換えると、水晶片10cの長さL9は、その長さL9の一方の主面の両端部P10a、P10bを所定の半径R5となる円の輪郭に位置させた長さとする。この水晶片10cの長さL9は、予め決定しておく。
また、第一の凸部11eは、厚みを考慮して水晶片10cから離れたところから、前記所定の半径R5となる円の輪郭に長さL10の両端部P11a、P11bを位置させた長さとする。
また、第一の電極12eは、第一の凸部11eと第一の電極12eとの厚みを考慮して水晶片10cから離れたところから、前記所定の半径R5となる円の輪郭に後述する長さL13の中心点P12、つまり平面中心を位置させた状態となっている。
次に、水晶片10cの他方の主面に設けられた第二の凸部11fのX軸方向の長さを決定する。
この場合、第二の凸部11fの長さL11の両端部P13a、P13bは、所定の半径R6となる円の輪郭に位置した状態となっている。このとき、第二の凸部11fの厚さを第一の凸部11eと同じ厚さとしたときに、第二の凸部11fの長さL11は、第一の凸部11eの長さL10より長くなるように、長さL11の両端部P13a、P13bを所定の半径R6となる円の輪郭上に位置させる。
また、この状態で、第二の電極12fの長さを決定する。
所定の厚さとなる第二の電極12fの長さL12の両端部P14a、P14bは、前記所定の半径R6となる円の輪郭上に位置した状態となっている。このとき、第二の電極12fの長さL12は、第一の凸部11eの長さL10より長くなっている。
なお第二の電極12fの厚さは、前記所定の半径R6となる円の輪郭に位置させる場合、水晶の密度に換算した厚さとする。したがって、実際の第二の電極12fの厚さは、所定の半径R6となる円の輪郭に位置させたときの厚さとは異なった値となっている。
次に、第一の電極12eの長さL13を決定する。
第二の電極12fの厚さと同じ厚さの第一の電極12eの長さL13の両端部は、前記所定の半径R5の円の輪郭上に位置しておらず、任意の長さとする。このとき、第一の電極12eの長さL13は、第二の電極12fの長さL12より短くなっている。
このような本発明の第四の実施形態に係る水晶振動素子100cによれば、第一の凸部11eの表面積が第二の凸部11fの表面積よりも小さく、第一の電極12eの表面積が第二の電極12fの表面積よりも小さく、第二の電極12fの表面積が第一の凸部12eの表面積よりも大きく形成されて構成したので擬似的なコンベックス構造の水晶片となり、水晶片10cの輪郭部分、第一の凸部11eの輪郭部分、第二の凸部11fの輪郭部分、第一の電極12eの輪郭部分、第二の電極12fの輪郭部分で不要振動が発生しにくくなり、低いCI値となるようにCI値を向上させることができる。
また、このような本発明の第四の実施形態に係る水晶振動素子100cによれば、水晶片10cのX軸方向の長さL9の両端部P10a、P10bと、第一の凸部11eのX軸方向の長さL10の両端部P11a、P11bと、第二の凸部11fのX軸方向の長さL11の両端部P13a、P13bと、水晶片10cのX軸方向に対応する第二の電極12fの長さL12の両端部P14a、P14bと、第一の電極12eの平面中心の点P12とが、所定の円の輪郭上に位置していることにより、不要振動を発生しにくくさせる形状となり、CI値を向上させることができる。
(変形例)
次に、変形例について説明する。
例えば、図5(a)〜(b)に示すように、変形例に係る水晶振動素子100dは、水晶片10d、第一の凸部11g、第二の凸部11h、第一の電極12g、第二の電極12hから構成される。このとき、水晶片10d、第一の凸部11g、第二の凸部11h、第一の電極12g、第二の電極12hのX軸方向の長さの関係は、第三の実施形態と同様とする。
このように、変形例に係る水晶振動素子100dは、水晶片10d、第一の凸部11g、第二の凸部11h、第一の電極12g、第二の電極12hの形状を四角形にしても、第三の実施形態と同様の効果を奏する。
次に、実施例について説明する。
実施例1は、水晶片のX軸方向の長さが1000μmであり、第一の凸部の長さが580μmであり、第二の凸部の長さが820μmであり、第一の電極の長さが370μmであり、第二の電極の長さが410μmであり、所定の円の半径が10mmであり、水晶片のX軸方向の長さの端部、第一の凸部の長さの端部、第二の凸部の長さの端部、第二の電極の長さの端部、が前記半径10mmの円の輪郭上に位置している。
この実施例1の構造は、第三の実施形態の水晶振動素子と同一の構造となる。
ここで、図6に示すように、水晶振動素子の形状が実施例1の場合、この水晶振動素子に生じる振動は、第一の電極又は第二の電極が形成される部分に集中していることが確認できる。
これは、水晶片の輪郭部分や、第一の凸部の輪郭部分、第二の凸部の輪郭部分、第一の電極の輪郭部分、第二の電極の輪郭部分で不要振動が発生していないと考えられる。
比較例1は、水晶片のX軸方向の長さが1000μmであり、第一の凸部の長さが800μmであり、第二の凸部の長さが800μmであり、第一の電極の長さが600μmであり、第二の電極の長さが600μmとなっている。
つまり比較例1の場合、第一の凸部の長さと第二の凸部の長さとが同じであり、第一の電極の長さと第二の電極の長さとが同一となっている。
また、水晶片の形状、第一の凸部の形状、第二の凸部の形状、第一の電極の形状、第二の電極の形状がだ円形状に形成されている。
ここで、図に示すように、水晶振動素子の形状が比較例1の場合、この水晶振動素子に生じる振動は、いくつもの振動の山が不規則に発生しているのが確認できる。これは、設計において期待した振動に、水晶片の輪郭部分や、第一の凸部の輪郭部分、第二の凸部の輪郭部分、第一の電極の輪郭部分、第二の電極の輪郭部分で発生した不要振動が結合して起きていると考えられる。
比較例2は、水晶片のX軸方向の長さが1100μmであり、第一の凸部の長さが800μmであり、第二の凸部の長さが800μmであり、第一の電極の長さが600μmであり、第二の電極の長さが600μmとなっている。
つまり比較例2の場合は、第一の凸部の長さと第二の凸部の長さとが同じであり、第一の電極の長さと第二の電極の長さとが同一となっている。
また、水晶片の形状、第一の凸部の形状、第二の凸部の形状、第一の電極の形状、第二の電極の形状、が四角形に形成されている。
ここで、図に示すように、水晶振動素子の形状が比較例2の場合、比較例1と同様に、この水晶振動素子に生じる振動は、いくつもの山が不規則にできるような振動が発生しているのが確認できる。これは、設計において期待した振動に、水晶片の輪郭部分や、第一の凸部の輪郭部分、第二の凸部の輪郭部分、第一の電極の輪郭部分、第二の電極の輪郭部分で発生した不要振動が結合して起きていると考えられる。
これにより、実施例1は、比較例1と比較して、発生する振動を第一の電極、第二の電極の部分から漏れでず、また、不要振動が発生しないため、CI値を低くすることができた。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、水晶片、第一の凸部、第二の凸部、第一の電極、第二の電極は、多角形でもよい。
また、平面の中心点と所定の半径の円とを接するよう構成する場合は、第一の電極と第二の電極のうち、小さいほうの電極を用いるのがよい。
例えば、大きさが第一の電極のほうが第二の電極より小さい場合は、第一の凸部と第一の電極の平面の中心点に接するように所定の円の半径を決定する。また、例えば、大きさが第二の電極のほうが第一の電極より小さい場合は、第二の凸部と第二の電極の平面の中心点に接するように所定の円の半径を決定する。
このように本発明を構成しても、擬似的なコンベックス構造を構成することができる。
また、第一の電極や第二の電極は、蒸着技術やメッキ技術を用いて水晶片に設けることができる。また、第一の凸部、第二の凸部、第一の電極、第二の電極は、フォトリソグラフィ技術やエッチング技術により形成することができる。
100a、100b、100c、100d 水晶振動素子
10a、10b、10c、10d 水晶片
11a、11c、11e、11g 第一の凸部
11b、11d、11f、11f 第二の凸部
12a、12c、12e、12g 第一の電極
12b、12d、12f、12h 第二の電極
R1、R2、R3、R4、R5、R6 半径

Claims (2)

  1. 板状の水晶片の両主面に凸部を有し、一方の凸部を第一の凸部、他方の凸部を第二の凸部とし、前記第一の凸部に設けられた第一の電極と、前記第二の凸部に設けられた第二の電極とを備えた水晶振動素子であって、
    前記第一の凸部の表面積が前記第二の凸部の表面積よりも小さく
    前記第一の電極の表面積と前記第二の電極の表面積とが異なる大きさであり、
    前記第一の電極の表面積と前記第二の電極の表面積とが前記第一の凸部の表面積よりも小さく形成されていることを特徴とする水晶振動素子。
  2. 前記水晶片の形状と、
    前記第一の凸部の形状と、
    前記第二の凸部の形状と、
    が、所定のだ円形状となっていることを特徴とする請求項1に記載の水晶振動素子。
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