JP5465511B2 - 水晶振動素子 - Google Patents

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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