(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
稜部が面取り加工され、かつ、平面視形状が略矩形状であって、
共振周波数が７ＭＨｚ以上、９ＭＨｚ以下であり、前記矩形の長辺および短辺の各寸法が１．５ｍｍ以上、２．４ｍｍ以下の範囲である水晶振動板において、
主振動に対して、９７５ｋＨｚ以上、１０１５ｋＨｚ以下の範囲だけ高い周波数域に副振動が存在し、
水晶振動板の側面厚み方向（Ｙ方向）の稜線が、水晶振動板の長辺（Ｚ´軸方向）寸法をＬとし、長辺中央から各長辺端部方向にそれぞれ（１／４）Ｌまでの第１の領域は第１の曲率Ｒ１（ただし、Ｒ１は２６ｍｍ以上、２７ｍｍ以下）を有する形状であり、２つの長辺端部から中心方向にそれぞれ（１／４）Ｌだけ内側の第２の領域は第２の曲率Ｒ２（ただし、Ｒ２は７．９ｍｍ以上、８．９ｍｍ以下）を有する形状である、ことを特徴とする水晶振動板。
【請求項２】
稜部が面取り加工され、かつ、平面視形状が略矩形状であって、
共振周波数が７ＭＨｚ以上、９ＭＨｚ以下であり、前記矩形の長辺および短辺の各寸法が１．５ｍｍ以上、２．４ｍｍ以下の範囲である水晶振動板において、
主振動に対して、９７５ｋＨｚ以上、１０１５ｋＨｚ以下の範囲だけ高い周波数域に副振動が存在し、
水晶振動板の平面視略矩形における、長辺（Ｚ´軸方向）寸法をＬ、短辺寸法をＷとして、短辺（Ｘ軸方向）端部から水晶振動板の中心方向に（１／４）Ｌずつ内側の領域で、かつ、長辺端部から水晶振動板の中心方向に（１／４）Ｗずつ内側の領域が薄肉化され、かつ、対角線方向において、ベベル加工前の対角線方向の両角部を仮想点Ｐとし、両仮想点Ｐ間の距離をＤとし、前記両仮想点の各々から水晶振動板中心方向に（３／８）Ｄだけ内側の領域が薄肉化されている、ことを特徴とする水晶振動板。
【請求項３】
稜部が面取り加工され、かつ、平面視形状が略矩形状であって、
共振周波数が７ＭＨｚ以上、９ＭＨｚ以下であり、前記矩形の長辺および短辺の各寸法が１．５ｍｍ以上、２．４ｍｍ以下の範囲である水晶振動板において、
主振動に対して、９７５ｋＨｚ以上、１０１５ｋＨｚ以下の範囲だけ高い周波数域に副振動が存在し、
水晶振動板の平面視略矩形における４隅部において、ベベル加工前の長辺方向の辺長をＬ、ベベル加工後の曲率を有する領域を除いた長辺方向の辺長をＬ´とし、（Ｌ´／Ｌ）が０．４５以上、０．５以下であり、かつ、ベベル加工前の短辺方向の辺長をＷ、ベベル加工後の曲率を有する領域を除いた短辺方向の辺長をＷ´とし、（Ｗ´／Ｗ）が０．２７以上、０．３４以下であり、かつ、４隅の曲率を有する部分は曲率半径が０．５５ｍｍ以上、０．６ｍｍ以下である、ことを特徴とする水晶振動板。
【請求項４】
稜部が面取り加工され、かつ、平面視形状が略矩形状であって、
共振周波数が７ＭＨｚ以上、９ＭＨｚ以下であり、前記矩形の長辺および短辺の各寸法が１．５ｍｍ以上、２．４ｍｍ以下の範囲である水晶振動板において、
主振動に対して、９７５ｋＨｚ以上、１０１５ｋＨｚ以下の範囲だけ高い周波数域に副振動が存在し、
ベベル加工後の水晶振動子の平面視矩形の中央の厚みをａとし、短辺部中央の厚みをｂとして、（ｂ／ａ）が０．６２以上、０．７９以下であり、ベベル加工前における前記水晶振動板の角部を仮想点Ｐとして、点Ｐから長辺および短辺の各方向に０．１ｍｍずつ離間した点から引いた垂線の交点における厚みをｃとして、（ｃ／ａ）が０．２９以上、０．３７以下である、ことを特徴とする水晶振動板。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の水晶振動板の表裏面に、
励振電極および当該励振電極から少なくとも前記水晶振動板の一端側へ延出された接続電極を形成するとともに、
当該水晶振動板を容器体内部に収容し、前記接続電極を前記容器体内部の搭載電極と導電接合した、ことを特徴とする水晶振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子または水晶発振器等の水晶デバイスに用いられる水晶振動板および当該水晶振動板を用いた水晶振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＴカット水晶振動子は、各種通信機器など様々な用途に用いられている電子部品である。例えば車載用途については、ＥＣＵ（電子制御ユニット）の基準周波数を創出するタイミングデバイスとして水晶振動子が使用されている。
【０００３】
近年、ＥＣＵ基板の大きさが縮小してきている。そのため、基板上に搭載される水晶振動子の搭載スペースも狭小化が進んでいる。
【０００４】
水晶振動子の外形寸法としては、例えば長さ３．２ｍｍ×幅２．５ｍｍ程度で薄型のものが要求されている。ＥＣＵの基準周波数の一例として低周波帯である８．０００ＭＨｚが使用されている。
【０００５】
ＡＴ水晶振動板は、その発振周波数が水晶振動板の厚みに反比例する関係にある。そのため、周波数が低くなるほど水晶振動板の厚みは厚くなる。したがって低周波帯である８．０００ＭＨｚでは、使用される水晶振動板の厚みは高周波帯の水晶振動板に比べて厚くなる。
【０００６】
一般的に水晶振動子は、容器体内部に水晶振動板の端部を接着材等によって接合支持する形態となっている。
【０００７】
前述のとおり水晶振動板が厚くなる低周波帯においては、前記支持領域における振動エネルギーを減衰させ、これとともに、水晶振動板の表裏面の中央領域に形成される励振電極下に振動エネルギーを閉じ込めて良好な直列抵抗値を得るため、水晶振動板の端部に面取り加工（いわゆるベベル加工）が施される。
【０００８】
水晶振動板のベベル加工では、研磨材と水晶振動板を加工容器内に封入する。この状態で、高速回転可能な槽内に複数の前記加工容器をセットする。次いで、加工容器を高速回転させることによって生じる遠心力を利用する。
【０００９】
ベベル加工された水晶振動板の形状（ベベル形状）は共振波形に反映される。具体的に、水晶振動板の主振動（共振）や副振動（不要振動）の各周波数はそれぞれベベル加工の進行に応じて変化する。
【００１０】
そのため、主振動および副振動の位置（周波数）をネットワークアナライザ等によって確認することでベベル形状の管理を行うことができる。
【００１１】
主振動と副振動の周波数差で管理された水晶振動板やベベル加工の管理方法は、特許第４０７５０４６号（特許文献１）、特許第４６２３３２１号（特許文献２）、特開２００７−３３５９４１号（特許文献３）の各公報明細書に開示されている。
【００１２】
前記公報明細書で開示されているＡＴカット水晶振動板の主振動の周波数は２６ＭＨｚであり、８ＭＨｚの水晶振動板に比して薄い水晶振動板となっている。
【００１３】
具体的に、同公報明細書では水晶振動板の厚みは６５μｍ程度となっている。これに対し、主振動の周波数が８ＭＨｚの場合は水晶振動板の厚みは２０８μｍ程度となり、２６ＭＨｚにおける水晶振動板の厚みよりも３倍以上厚くなっている。
【００１４】
このように水晶振動板が厚くなると適切なベベル加工によって振動エネルギーを減衰させることがより重要となってくる。つまり主振動の周波数が８ＭＨｚ（低周波帯）の水晶振動板の方が、主振動の周波数が２６ＭＨｚの水晶振動板よりもベベル加工形状の特性への影響が大きくなる。
【００１５】
例えば平面視の外形寸法が長さ３．２ｍｍ×幅２．５ｍｍで主振動周波数が８ＭＨｚ帯の表面実装型水晶振動子に収容可能な大きさの水晶振動板では、直列抵抗値は５００オーム以上あり、良好な直列抵抗値を得ることができるベベル形状を見出すことは困難であった。また当該ベベル形状を安定再現するための定量的な指標も見出されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特許第４０７５０４６号
【特許文献２】特許第４６２３３２１号
【特許文献３】特願２００７−３３５９４１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされ、小型化に対応するとともに良好な特性を得られる水晶振動板および当該水晶振動板を用いた水晶振動子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に係る水晶振動板は、稜部が面取り加工され、かつ、平面視形状が略矩形状であって、共振周波数が７ＭＨｚ以上、９ＭＨｚ以下であり、前記矩形の長辺および短辺の各寸法が１．５ｍｍ以上、２．４ｍｍ以下の範囲である水晶振動板において、主振動に対して、９７５ｋＨｚ以上１０１５ｋＨｚ以下の範囲だけ高い周波数域に副振動が存在し、水晶振動板の側面厚み方向（Ｙ方向）の稜線が、水晶振動板の長辺（Ｚ´軸方向）寸法をＬとし、長辺中央から各長辺端部方向にそれぞれ（１／４）Ｌまでの第１の領域は第１の曲率Ｒ１（ただし、Ｒ１は２６ｍｍ以上、２７ｍｍ以下）を有する形状であり、２つの長辺端部から中心方向にそれぞれ（１／４）Ｌだけ内側の第２の領域は第２の曲率Ｒ２（ただし、Ｒ２は７．９ｍｍ以上、８．９ｍｍ以下）を有する形状である、ことを特徴とする。
本発明に係る水晶振動板は、稜部が面取り加工され、かつ、平面視形状が略矩形状であって、共振周波数が７ＭＨｚ以上、９ＭＨｚ以下であり、前記矩形の長辺および短辺の各寸法が１．５ｍｍ以上、２．４ｍｍ以下の範囲である水晶振動板において、主振動に対して、９７５ｋＨｚ以上、１０１５ｋＨｚ以下の範囲だけ高い周波数域に副振動が存在し、水晶振動板の平面視略矩形における、長辺（Ｚ´軸方向）寸法をＬ、短辺寸法をＷとして、短辺（Ｘ軸方向）端部から水晶振動板の中心方向に（１／４）Ｌずつ内側の領域で、かつ、長辺端部から水晶振動板の中心方向に（１／４）Ｗずつ内側の領域が薄肉化され、かつ、対角線方向において、ベベル加工前の対角線方向の両角部を仮想点Ｐとし、両仮想点Ｐ間の距離をＤとし、前記両仮想点の各々から水晶振動板中心方向に（３／８）Ｄだけ内側の領域が薄肉化されている、ことを特徴とする。
本発明に係る水晶振動板は、稜部が面取り加工され、かつ、平面視形状が略矩形状であって、共振周波数が７ＭＨｚ以上、９ＭＨｚ以下であり、前記矩形の長辺および短辺の各寸法が１．５ｍｍ以上、２．４ｍｍ以下の範囲である水晶振動板において、主振動に対して、９７５ｋＨｚ以上、１０１５ｋＨｚ以下の範囲だけ高い周波数域に副振動が存在し、水晶振動板の平面視略矩形における４隅部において、ベベル加工前の長辺方向の辺長をＬ、ベベル加工後の曲率を有する領域を除いた長辺方向の辺長をＬ´とし、（Ｌ´／Ｌ）が０．４５以上、０．５以下であり、かつ、ベベル加工前の短辺方向の辺長をＷ、ベベル加工後の曲率を有する領域を除いた短辺方向の辺長をＷ´とし、（Ｗ´／Ｗ）が０．２７以上、０．３４以下であり、かつ、４隅の曲率を有する部分は曲率半径が０．５５ｍｍ以上、０．６ｍｍ以下である、ことを特徴とする。
本発明に係る水晶振動板は、稜部が面取り加工され、かつ、平面視形状が略矩形状であって、共振周波数が７ＭＨｚ以上、９ＭＨｚ以下であり、前記矩形の長辺および短辺の各寸法が１．５ｍｍ以上、２．４ｍｍ以下の範囲である水晶振動板において、主振動に対して、９７５ｋＨｚ以上、１０１５ｋＨｚ以下の範囲だけ高い周波数域に副振動が存在し、ベベル加工後の水晶振動子の平面視矩形の中央の厚みをａとし、短辺部中央の厚みをｂとして、（ｂ／ａ）が０．６２以上、０．７９以下であり、ベベル加工前における前記水晶振動板の角部を仮想点Ｐとして、点Ｐから長辺および短辺の各方向に０．１ｍｍずつ離間した点から引いた垂線の交点における厚みをｃとして、（ｃ／ａ）が０．２９以上、０．３７以下である、ことを特徴とする。
【００１９】
好ましい態様は、主振動に対して、９９５ｋＨｚ以上１０１５ｋＨｚ以下の範囲だけ高い周波数域に副振動が存在する。
【００２０】
好ましい態様は、前記水晶振動板のＺ’軸方向に長辺が、Ｘ軸方向に短辺が各々設定されている。
【００２１】
好ましい態様は、前記水晶振動板の長辺寸法が、２．１ｍｍ以上、２．４ｍｍ以下であり、短辺寸法が、１．５ｍｍ以上、１．７５ｍｍ以下である。
【００２２】
好ましい態様は、前記水晶振動板の短辺寸法が、１．６１ｍｍ以上、１．７５ｍｍ以下である。
【００２３】
なお、水晶振動板には副振動は複数存在する。
【００２４】
副振動には、例えば、第１の副振動および第２の副振動がある。
【００２５】
第１の副振動とは主振動の周波数よりも高く、かつ主振動に最も近い位置にある副振動（不要振動）のことを指す。
【００２６】
第２の副振動とは、第１の副振動の周波数よりも高く、かつ第１の副振動の次に主振動に近い位置にある副振動のことを指す。
【００２７】
前記定義によれば、主振動と副振動との周波数差が４６０ｋＨｚ以上、４８０ｋＨｚ以下の場合、当該副振動は第１の副振動である。主振動と副振動との周波数差が９９５ｋＨｚ以上、１０１５ｋＨｚ以下の場合、当該副振動は第２の副振動となる。
【００２８】
第１および第２の副振動の各振動モードは水晶振動板の軸方向の設定により異なる。つまり、水晶振動板の長辺方向に水晶のＸ軸を、短辺方向に水晶のＺ’軸を、厚み方向に水晶のＹ軸を設定した場合、第１の副振動はＸ方向の３次のインハーモニック振動となり、第２の副振動はＸ方向の１次のインハーモニック振動となる。
【００２９】
これに対し、水晶振動板の長辺方向に水晶のＺ’軸を、短辺方向に水晶のＸ軸を、厚み方向に水晶のＹ軸を設定した場合は、第１の副振動はＸ方向の１次のインハーモニック振動となり、第２の副振動はＸ方向の３次のインハーモニック振動となる。
【００３０】
本発明者は、主振動と第１の副振動の周波数差が４６０ｋＨｚ以上、４８０ｋＨｚ以下の範囲内または、主振動と第２の副振動の周波数差が９７５ｋＨｚ以上、１０１５ｋＨｚ以下の範囲内の、いずれか一方または両方を満たすように水晶振動板をベベル加工することによって良好な特性の水晶振動板を得ることができるという知見を得た。
【００３１】
主振動と第１の副振動の周波数差が４６０ｋＨｚ以上、４８０ｋＨｚ以下の範囲内または、主振動と第２の副振動の周波数差が９７５ｋＨｚ以上、１０１５ｋＨｚ以下の範囲内に、第１の副振動または第２の副振動のいずれか一方、または両方がそれぞれ収まるよう管理することにより、良好な特性を有する水晶振動板の形状を安定して再現させることができる。また水晶振動板のベベル形状を安定して再現するための定量的な管理指標として活用することができる。
【００３２】
本発明によると、少なくとも主振動と前記第２の副振動の周波数差が９７５ｋＨｚ以上、１０１５ｋＨｚ以下の範囲内、好ましくは、９９５ｋＨｚ以上、１０１５ｋＨｚ以下の範囲内となるよう水晶振動板をベベル加工することによって、良好な特性の水晶振動子板を得ることができる。また、当該水晶振動板を用いた水晶振動子において、良好な直列抵抗値および優れた周波数温度特性を得ることができる。
【００３３】
具体的に、水晶振動板のベベル形状が不適切な場合、水晶振動子の直列抵抗値が悪化（高くなる）するだけでなく温度変化に対する周波数変化（周波数温度特性）にも影響を与える。
【００３４】
本発明の水晶振動板によれば良好な直列抵抗値に加え、優れた周波数温度特性を持つ水晶振動子を得ることができる。これは、より安定して現れやすい第２の副振動に着目することにより、良好な特性を有する水晶振動板の形状を安定して再現させることができるからである。
【００３５】
本発明では、好ましくは、前記水晶振動板のＺ’軸方向に長辺が、Ｘ軸方向に短辺がそれぞれ設定された水晶振動板であってもよい。
【００３６】
本発明によると、水晶振動板のＺ’軸方向に長辺を設定することにより、より安定した周波数温度特性を持つ水晶振動子を得ることができる。具体的に、水晶振動板の長辺をＺ’軸方向に、短辺をＸ軸方向にそれぞれ設定し、短辺端部を接合材を介して容器体の内部に接合した場合、水晶振動板の主振動と輪郭振動との結合を、水晶振動板のＸ軸方向に長辺を設定した場合よりもより効果的に防止することができる。
【００３７】
水晶振動板の主振動と輪郭振動とが結合すると周波数の大きな変動（いわゆる周波数ジャンプ）や直列抵抗値の大きな変動が発生することがある。しかし、本発明の水晶振動板によれば主振動と輪郭振動との結合を防止することができるため、良好な特性の水晶振動子を得ることができる。
【００３８】
この場合、好ましくは、前記Ｚ’軸方向の長辺が、２．１ｍｍ以上、２．４ｍｍ以下の範囲に設定されている。
【００３９】
より好ましくは、前記Ｚ’軸方向の長辺が、２．１９ｍｍ以上、２．２１ｍｍ以下の範囲に設定されている。
【００４０】
本発明による水晶振動子は、前記水晶振動板の表裏面に、励振電極および当該励振電極から少なくとも前記水晶振動板の一端側へ延出された接続電極を形成するとともに、当該水晶振動板を容器体内部に収容し、前記接続電極を前記容器体内部の搭載電極と導電接合した構成を有している。
【００４１】
上記水晶振動板を使用した水晶振動子であれば、良好な直列抵抗値および優れた周波数温度特性を得ることができる。
【発明の効果】
【００４２】
以上、のように、本発明によれば、小型化に対応するとともに適切な水晶振動板のベベル形状により良好な特性を得られる水晶振動板および当該水晶振動板を用いた水晶振動子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は本発明の実施形態における水晶振動子の長辺方向の断面図である。
【図２】図２は図１で蓋体４を除いた状態の平面図である。
【図３】図３は図２のＡ−Ａ線における断面図。
【図４】図４は本発明の実施形態における水晶振動板の斜視図である。
【図５】図５は本発明の実施形態における水晶振動板の平面図である。
【図６】図６は本発明の水晶振動板のベベル加工装置の概略断面図である。
【図７】図７は水晶振動板の主振動と副振動の関係を表す説明図である。
【図８】図８は水晶振動板の主振動と副振動の関係を表す説明図である。
【図９】図９は本発明の実施形態における水晶振動板の主振動と副振動の関係を表すグラフである。
【図１０】図１０は本発明の実施形態における水晶振動板の主振動と副振動の関係を表すグラフである。
【図１１ａ】図１１ａは本発明の水晶振動板の平面図である。
【図１１ｂ】図１１ｂは図１１ａのＢ−Ｂ線における断面図である。
【図１２】図１２は本発明の水晶振動板の平面図である。
【図１３】図１３は本発明の水晶振動板の平面図である。
【図１４】図１４は本発明の水晶振動板の平面図である。
【図１５】図１５は本発明の水晶振動子の周波数温度特性と直列抵抗温度特性を表すグラフである。
【図１６】図１６は水晶振動子の周波数温度特性と直列抵抗温度特性の一例を表すグラフである。
【図１７】図１７は水晶振動子の周波数温度特性と直列抵抗温度特性の一例を表すグラフである。
【図１８】図１８は水晶振動子の周波数温度特性と直列抵抗温度特性の一例を表すグラフである。
【図１９】図１９は水晶振動子の周波数温度特性と直列抵抗温度特性の一例を表すグラフである。
【図２０】図２０は本発明の実施形態における水晶振動板の主振動と副振動の関係を表すグラフである。
【図２１】図２１は本発明の実施形態における水晶振動板の主振動と副振動の関係を表すグラフである。
【図２２】図２２は本発明の水晶振動子の周波数温度特性と直列抵抗温度特性の別の例を表すグラフである。
【図２３】図２３は本発明の水晶振動子の周波数温度特性と直列抵抗温度特性のさらに別の例を表すグラフである。
【図２４】図２４は本発明の水晶振動子の周波数温度特性と直列抵抗温度特性のさらに別の例を表すグラフである。
【図２５】図２５は本発明の水晶振動子の周波数温度特性と直列抵抗温度特性のさらに別の例を表すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、本発明による実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００４５】
本発明の実施形態では表面実装型の水晶振動子への適用例を説明する。本実施形態で適用される水晶振動子の平面視矩形であり、その外形寸法は縦３．２ｍｍ×横２．５ｍｍとなっている。
【００４６】
図１は本発明の実施形態に係る水晶振動子の長辺方向の断面図である。図１を参照して、水晶振動子１は、平面視略矩形状の水晶振動板２と、断面視凹状のベース（容器体）３と、平板状の蓋体４とを備える。実施形態の水晶振動子の共振周波数（公称周波数）は基本波振動モードで８．０００ＭＨｚである。水晶振動板２は、断面略凹形状のベース３の内部に接合材５で接合されている。ベース開口部には蓋体４が接合材６で接合されている。
【００４７】
蓋体４は平面視矩形状のセラミック材料から成る。蓋体４の下面は、ベース３の堤部上面３００との接合面となる。この接合面側には封止材（図示省略）が形成されている。前記封止材として低融点ガラスが使用される。蓋体４は、セラミック材料で構成する以外に、コバールを母材とし、この母材の上部にニッケルめっき層、金めっき層を形成して構成してもよい。この構成では、前記封止材としてＡｎ−Ｓｎ合金等の金属ロウ材が好ましい。
【００４８】
図２を参照して本実施形態で使用されるベース３を説明する。図２は図１で蓋体４を除いた状態の平面図である。ベース３は凹部３４を有する、上部が開口した平面視矩形状の箱状体である。ベース３は複数のセラミックグリーンシートの積層体である。これらセラミックグリーンシートの複数層は、所定位置に内部配線導体の印刷処理を施した後に位置決めされて積層され、その後、焼成されることによって一体に成形されている。凹部３４の周囲には堤部３０が環状に形成されている。堤部３０の上面３００は平坦である。凹部３４の内底面３５には、一対の段部３１，３１が並列に形成されている。
【００４９】
一対の段部３１，３１の上面には金属膜からなる一対の搭載電極３２，３２が形成されている。搭載電極３２は、段部３１の上面にタングステンメタライズが施され、その上部にニッケルメッキが施され、さらにその上部に金メッキが施された層構成を有する。
【００５０】
搭載電極３２は、ベース３の内部に形成された配線導体（図示せず）を介して、ベース３の底面（裏面）に形成された外部接続端子（図示省略）と電気的に接続されている。
【００５１】
搭載電極３２と前記外部接続端子との電気的接続は、ベース３の外周の角部の上下方向に導体（いわゆるキャスタレーション）を形成することによって行ってもよい。
【００５２】
図２において、凹部３４の内底面３５には、ベース３と同材料から成る直方体形状の枕部３３が形成されている。枕部３３の形成位置は、水晶振動板の自由端縁部が平面視で重なる位置である。この位置に枕部を配置することにより、例えば水晶振動子に大きな外部衝撃が加わった際に、水晶振動板２の自由端と内底面３５との接触を防止することができる（図３参照）。
【００５３】
図１〜図３を参照して本実施形態で使用される水晶振動板を説明する。水晶振動板２は、所定形状で切り出された平面視矩形状のＡＴカット水晶片である。水晶振動板２は、その長辺寸法が２．２２０ｍｍ、その短辺寸法が１．６２０ｍｍである。水晶振動板２の表裏主面２００には、当該水晶振動板の駆動のための一対の対向する励振電極２１，２１が形成され、この励振電極２１，２１から引出電極２２，２２が引き出されている（図２参照。図１および図３では図示せず）。
【００５４】
水晶振動板２の一端側縁部には、励振電極２１から引き出された引出電極２２と接続した接続電極２３，２３が一対で形成されている。接続電極２３は前述の搭載電極３２上に接合材４を介して一対一で接合される。接合材４としては例えばシリコーン系の導電性樹脂接合材が使用される。接合材４は、シリコーン系の導電性樹脂接合材に限定されない。接合材４は、シリコーン系以外にもエポキシ系などの導電性樹脂接合材を使用してもよく、また、樹脂系接合材以外に金属バンプを使用してもよい。
【００５５】
水晶振動板２を、さらに以下に詳細に説明する。
【００５６】
図４は本発明の実施形態を示す水晶振動板の斜視図であり、図５は本発明の実施形態を示す水晶振動板の平面図である。
【００５７】
水晶振動板２の端面は、ベベル加工されている。このベベル加工により、水晶振動板２の稜部ｍは面取り加工される。水晶振動板２の厚みは、Ｌと表記される長辺およびＷと表記される短辺それぞれの端部に近づくにつれて次第に薄肉となる。これにより、水晶振動板２の断面形状は、図４に示すように両凸レンズに近い断面形状である。
【００５８】
実施形態では水晶振動板２の長辺方向にＺ’軸が、短辺方向にＸ軸が、厚み方向にＹ軸がそれぞれ設定されている。
【００５９】
次に、水晶振動板２のベベル加工方法を説明する。図６は本発明の水晶振動板のベベル加工装置の概略断面図である。ベベル加工は金属製の加工容器内に、所定数量の直方体状の水晶振動板と、所定重量の研磨材とを混在した状態で封入する。
【００６０】
次いで、前記加工容器を各回転槽（Ｆ）内に複数個ずつ収容する。前記回転槽はドラムＥの外周付近に均等間隔で設置されている。ドラムＥが回転（公転）すると、各回転槽はドラム回転方向と逆方向に回転（自転）する。水晶振動板は、ドラムの回転運動に伴い、加工容器の内壁面との摩擦および研磨材による磨耗によって、その稜部が削り取られる。そして、加工容器内壁の曲面（曲率）が水晶振動板に転写される。
【００６１】
ＡＴカット水晶振動板は、その面積が有限である。そのため、厚みすべり振動の水晶振動板の輪郭からの反射波や輪郭寸法に起因する輪郭振動等の影響により、本来必要な振動（主振動）以外に不要な振動（いわゆる副振動）が複数存在する。
【００６２】
これら複数の副振動の内、例えば主振動に近い２つの副振動に着目した説明図を図７に示す。図７は水晶振動板をネットワークアナライザを用いて測定した共振波形を表した概略図である。図７において第１の副振動の周波数はＦ１と、第２の副振動の周波数はＦ２とそれぞれ表記している。
【００６３】
第１の副振動の周波数（Ｆ１）は主振動の周波数（Ｆｓ）よりも高く、第１の副振動は主振動に、周波数上、最も近い位置にある。
【００６４】
第２の副振動の周波数（Ｆ２）は第１の副振動の周波数（Ｆ１）よりも高く、かつ第１の副振動の次に、周波数上、主振動に近い位置にある。
【００６５】
本実施形態では水晶振動板の長辺方向に水晶のＺ’軸が、短辺方向に水晶のＸ軸が、厚み方向に水晶のＹ軸がそれぞれ設定されている。そのため、第１の副振動はＸ方向の１次のインハーモニック振動となり、第２の副振動はＸ方向の３次のインハーモニック振動となる。
【００６６】
一般に、第１の副振動と第２の副振動はベベル加工が進むにつれ、それぞれの周波数が上昇する。ここで主振動の周波数も上昇するが、主振動と副振動の各周波数の上昇速度の差異により、ベベル加工時間とともに主振動と副振動における周波数差が拡大していく。
【００６７】
この周波数差の拡大を図７、図８を参照して説明する。
【００６８】
図７に示すように、ある時間における第１の副振動（Ｆ１）と主振動（Ｆｓ）との周波数差をΔＦ１、第２の副振動（Ｆ２）と主振動（Ｆｓ）との周波数差をΔＦ２とする。
【００６９】
図８に示すように、任意時間Δｔ時間後における第１の副振動の周波数をＦ１’、第２の副振動の周波数をＦ２’、主振動をＦｓ’とすると、ΔＦ１＜ΔＦ１’かつΔＦ２＜ΔＦ２’  （ΔＦ１’＝Ｆ１’−Ｆｓ’，ΔＦ２’＝Ｆ２’−Ｆｓ’）という関係となっている。
【００７０】
前記ベベル加工後の水晶振動板の主振動と副振動の関係を図９、図１０に示す。
【００７１】
図９において主振動（Ｆｓ）と第１の副振動（Ｆ１）の周波数差（ΔＦ１）は４６８ｋＨｚとなっており、主振動（Ｆｓ）と第２の副振動（Ｆ２）の周波数差（ΔＦ２）は１００５ｋＨｚとなっている。
【００７２】
図１０において、主振動（Ｆｓ）と第１の副振動（Ｆ１）の周波数差（ΔＦ１）は４６８ｋＨｚ、主振動（Ｆｓ）と第２の副振動（Ｆ２）の周波数差（ΔＦ２）は１００１ｋＨｚとなっている。
【００７３】
このように、ベベル加工後の水晶振動板の主振動と第１の副振動の周波数差（ΔＦ１）が４６０ｋＨｚ以上、４８０ｋＨｚ以下の範囲内または、主振動と第２の副振動の周波数差（ΔＦ２）が９９５ｋＨｚ以上、１０１５ｋＨｚ以下の範囲内の、いずれか一方または両方を満たすよう水晶振動板をベベル加工することによって良好な特性の水晶振動板を得ることができる。
【００７４】
また、前述の範囲内に収まるよう、主振動と第１の副振動および第２の副振動の周波数をモニタすることにより、水晶振動板のベベル形状を安定して再現するための管理指標として活用することができる。
【００７５】
本発明の水晶振動板は、第１または第２の副振動と主振動との周波数差のいずれか一方または両方が前述の範囲内に収まるようにベベル加工されていると、その形状は次に述べる内容も同時に満たすことになる。
【００７６】
第一に、本発明の水晶振動板は図１１ａ、図１１ｂに示すような２種類の曲率を有するベベル形状となっている。図１１ａは本発明のベベル加工された水晶振動板の平面図、図１１ｂは図１１ａのＢ−Ｂ線における断面図である。図１１ａ、図１１ｂに示すように水晶振動板２は、長辺寸法をＬとしたとき、（１／２）Ｌの位置、つまり長辺中央から各長辺端部方向にそれぞれ（１／４）Ｌまでの領域内（第１の領域）に第１の曲率半径Ｒ１を有している。そして、水晶振動板２は前記第１の領域から二つの長辺端部までの領域、つまり二つの長辺端部から中心方向にそれぞれ（１／４）Ｌだけ内側の領域内（第２の領域）に第２の曲率半径Ｒ２を有している。本実施形態ではＲ１は２６ｍｍ以上、２７ｍｍ以下の範囲となっており、Ｒ２は７．９ｍｍ以上、８．９ｍｍ以下の範囲となっている。
【００７７】
第二に、本発明の水晶振動板はベベル加工による薄肉化領域（ベベル加工前の水晶振動板の厚みから０．０５ｍｍ以上、薄肉化される領域を表す）は図１２に示す塗り潰し領域の範囲となっている。具体的に、長辺方向については長辺寸法をＬとしたとき、短辺縁部から水晶振動板の中心方向に（１／４）Ｌずつ内側の領域が、短辺方向については短辺寸法をＷとしたとき、長辺縁部から水晶振動板の中心方向に（１／４）Ｗずつ内側の領域が前記薄肉化領域となっている。また、対角線方向については、対角線長をＤ（ベベル加工によってコーナー部分は削り取られるため、ベベル加工前における角部を仮想点Ｐとすると、斜対向する２点Ｐ，Ｐを結ぶ線分）とすると、前記２つの仮想点Ｐ，Ｐの各々から水晶振動板の中心方向に（３／８）Ｄだけ内側の領域が前記薄肉化領域となっている。
【００７８】
第三に、図１３に示すようにベベル加工後における角部の曲率を有する領域を除いた辺長（長辺・短辺）と全辺長（長辺・短辺）との比率が挙げられる。つまり長辺については、ベベル加工後における曲率を有する領域を除いた辺長をＬ’、ベベル加工後における曲率を含む辺長をＬとすると、（Ｌ’／Ｌ）が０．４５以上、０．５以下の範囲となっている。一方、短辺については、ベベル加工後における曲率を有する領域を除いた辺長をＷ’、ベベル加工後における曲率を含む辺長をＷとすると、（Ｗ’／Ｗ）が０．２７以上、０．３４以下の範囲となっている。また四隅の曲率を有する部分は曲率半径が０．５５ｍｍ以上、０．６ｍｍ以下の範囲となっている。
【００７９】
第四に、本発明の水晶振動板はベベル加工後の水晶振動板の平面視矩形の中央の厚みと、図１４に示す各位置における厚みとの相対関係が次のような相対関係となっている。つまり、水晶振動板の平面視矩形の中央の厚みをａ、短辺端部中央の厚みをｂとすると、（ｂ／ａ）は０．６２以上、０．７９以下の範囲となっている。また、ベベル加工前における水晶振動板の角部を仮想点Ｐとすると、点Ｐから長辺および短辺の各方向に０．１ｍｍずつ離間した点から引いた垂線の交点における厚みをｃとすると、（ｃ／ａ）は０．２９以上、０．３７以下の範囲となっている。
【００８０】
本発明によると、少なくとも主振動と前記第２の副振動の周波数差が９７５ｋＨｚ以上、１０１５ｋＨｚ以下の範囲内となるよう水晶振動板をベベル加工することにより、当該水晶振動板を用いた水晶振動子において、良好な直列抵抗値および優れた周波数温度特性を得ることができる。これは、より安定して現れやすい第２の副振動に着目することにより、良好な特性を有する水晶振動板の形状を安定して再現させることができるためである。以上について図１５〜図１９を用いて説明する。
【００８１】
図１５〜図１９は、本発明の水晶振動子の周波数温度特性と直列抵抗温度特性を表すグラフである。図１５〜図１９の測定に用いた水晶振動板は、ベベル加工前の外形寸法が長辺（Ｚ’軸）が２．２２０ｍｍ、短辺（Ｘ軸）が１．６２０ｍｍとなっている。そしてベベル加工された水晶振動板の表裏面に矩形の励振電極（縦１．３ｍｍ×横１．１ｍｍ）が形成されている。測定に用いた水晶振動子の数量は１５０個となっている。試料として用いた水晶振動板は第２の副振動（Ｆ２）に着目し、主振動と第２の副振動の周波数差の大小に応じて３区分に分類した後、各区分ごとに水晶振動子の製造を行っている。
【００８２】
図１５では主振動と前記第２の副振動の周波数差は１００５ｋＨｚを狙いとし、製造ばらつきとして±１０ｋＨｚを考慮したベベル加工条件のときの周波数温度特性（ａ：各温度における周波数偏差を表したグラフ）と直列抵抗温度特性（ｂ：各温度における直列抵抗値を表したグラフ）を表している。
【００８３】
これに対し、主振動と前記第２の副振動の周波数差が１００５ｋＨｚ±１０ｋＨｚよりも小さい場合の周波数温度特性と直列抵抗温度特性を図１６乃至１７に示す。
【００８４】
具体的には、図１６は主振動と前記第２の副振動の周波数差は９８５ｋＨｚ（±１０ｋＨｚ）を狙いとし、図１７では主振動と前記第２の副振動の周波数差は９６５ｋＨｚ（±１０ｋＨｚ）を狙いとしたときの周波数温度特性（ａ）と直列抵抗温度特性（ｂ）をそれぞれ表している。
【００８５】
これより、主振動と前記第２の副振動の周波数差が１００５ｋＨｚ±１０ｋＨｚよりも小さくなるにつれ、直列抵抗温度特性の変動が大きくなる傾向となっている。
【００８６】
一方、主振動と前記第２の副振動の周波数差が１００５ｋＨｚ±１０ｋＨｚよりも大きい場合の周波数温度特性と直列抵抗温度特性を図１８、図１９に示す。具体的には、図１８では主振動と前記第２の副振動の周波数差は１０２５ｋＨｚ（±１０ｋＨｚ）を狙いとし、図１９では主振動と前記第２の副振動の周波数差は１０４５ｋＨｚ（±１０ｋＨｚ）を狙いとしたときの周波数温度特性（ａ）と直列抵抗温度特性（ｂ）をそれぞれ表している。これより、主振動と前記第２の副振動の周波数差が１００５ｋＨｚ±１０ｋＨｚよりも大きくなるにつれ、直列抵抗温度特性の変動が大きくなる傾向があり、特に−４０℃から＋２０℃の温度域において変動が大きくなっている。
【００８７】
これらのグラフを比較すると、周波数温度特性に関しては、図１５に示すように主振動と第２の副振動の周波数差が１００５ｋＨｚのものが最も周波数偏差のばらつきが小さくなっている。また直列抵抗温度特性についても、主振動と第２の副振動の周波数差が１００５ｋＨｚのものが最も直列抵抗の絶対値が小さくなっているとともに、温度変化に対する直列抵抗値の変動も小さくなっている。
【００８８】
以上のことより、主振動と前記第２の副振動の周波数差が９９５ｋＨｚ以上、１０１５ｋＨｚ以下の範囲内となるよう水晶振動板をベベル加工することによって、良好な周波数温度特性および良好な直列抵抗温度特性を有する水晶振動子を得ることができる。
【００８９】
なお図１６の主振動と前記第２の副振動の周波数差が９８５ｋＨｚ（±１０ｋＨｚ）を狙いとして設定されたものであっても実用上は問題は無いが、図１５の主振動と第２の副振動の周波数差が１００５ｋＨｚのものが直列抵抗値の安定性の点から好ましい。
【００９０】
本実施形態におけるベベル後の実際の水晶振動板の主振動と副振動の関係を表すグラフを図２０、図２１に示す。
【００９１】
図２０では、第２の副振動（Ｆ２）は主振動（Ｆｓ）から１００５ｋＨｚ離間した位置に認識可能な状態で現れているが、第１の副振動は現れていない。
【００９２】
図２１において第２の副振動（Ｆ２）は主振動（Ｆｓ）から１００８ｋＨｚ離間した位置に認識可能な状態で現れているが、第１の副振動（Ｆ１）は非常に小さく現れているため認識し難くなっている。
【００９３】
これとは逆に、図示していないが、第１の副振動が認識しやすい状態であるのに対し、第２の副振動が小さく現れたり、あるいは第２の副振動が現れない場合がある。
【００９４】
このような現象は水晶振動板のベベル形状のばらつきに拠るものであるが、本発明の水晶振動板であれば第１の副振動と第２の副振動の、いずれか一方または両方を管理指標として用いるため、ベベル加工状態に応じて管理しやすい方の副振動に着目してベベル加工をモニタすることができる。これにより、良好な特性を有する水晶振動板の形状を安定して再現することができる。
【００９５】
図２２および図２３は本発明の水晶振動子の周波数温度特性と直列抵抗温度特性の別の例を表すグラフである。
【００９６】
図２２は水晶振動板の短辺（Ｘ軸）寸法が１．６２０ｍｍ、水晶振動板の長辺（Ｚ’軸）寸法が２．４０ｍｍの本発明の水晶振動子の周波数温度特性と直列抵抗温度特性のグラフである。
【００９７】
図２３は、図２２の水晶振動板の短辺寸法を１．６２０ｍｍに固定して、長辺を２．４０ｍｍから２．１９ｍｍに変化させたときのグラフである。ベベル加工された水晶振動板の表裏面に矩形の励振電極（縦１．３ｍｍ×横１．１ｍｍ）が形成されている。測定に用いた水晶振動子の数量は１５０個である。
【００９８】
図２２および図２３に示す測定は、主振動と第２の副振動の周波数差を９９５〜１０１５ｋＨｚとし、±１０ｋＨｚの製造ばらつきを考慮したベベル加工条件のときの周波数温度特性を（ａ）に、また、直列抵抗温度特性を（ｂ）に示す。（ａ）は各温度における周波数偏差を表したグラフであり、（ｂ）は、各温度における直列抵抗値を表したグラフである。
【００９９】
図２２および図２３のグラフでは、いずれも、水晶振動板の短辺寸法を１．６２０ｍｍに固定して、長辺をベベル加工で２．４０ｍｍから２．１９ｍｍに変化させても、水晶振動子の周波数温度特性と直列抵抗温度特性は、良好であることを示している。
【０１００】
図２４および図２５は本発明の水晶振動子の周波数温度特性と直列抵抗温度特性のさらに別の例を表すグラフである。図２４および図２５は、共に、長辺（Ｚ’軸）寸法を２．２ｍｍに固定し、図２４に示す短辺（Ｘ軸）寸法１．７５０ｍｍから、図２５で示す短辺寸法１．６１ｍｍにベベル加工した場合の水晶振動子の周波数温度特性と直列抵抗温度特性のグラフである。ベベル加工された水晶振動板の表裏面に矩形の励振電極（縦１．３ｍｍ×横１．１ｍｍ）が形成されている。測定に用いた水晶振動子の数量は１５０個となっている。
【０１０１】
図２４および図２５の測定では主振動と第２の副振動の周波数差は９９５〜１０１５ｋＨｚを狙いとし、製造ばらつきとして±１０ｋＨｚを考慮したベベル加工条件のときの周波数温度特性（ａ：各温度における周波数偏差を表したグラフ）と直列抵抗温度特性（ｂ：各温度における直列抵抗値を表したグラフ）を表している。
【０１０２】
図２４および図２５のグラフでは、いずれも、長辺（Ｚ’軸）寸法を２．２ｍｍに固定し、図２４に示す短辺（Ｘ軸）寸法１．７５０ｍｍから、図２５で示す短辺寸法１．６１ｍｍにベベル加工した場合、水晶振動子の周波数温度特性と直列抵抗温度特性は、良好であることを示している。
【０１０３】
本発明の実施形態では、封止材としてガラス材を例にしているが、セラミックベースと金属製の蓋体を用い、封止材に銀ロウ材等のロウ材を用いたレーザー封止、電子ビーム封止による封止等でも適用できる。さらに本発明の実施形態では表面実装型水晶振動子を例にしているが、水晶フィルタ、水晶発振器など電子機器等に用いられる他の表面実装型の圧電振動デバイスにも適用可能である。
【０１０４】
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
圧電振動デバイスの量産に適用できる。
【符号の説明】
【０１０６】
１    水晶振動子
２    水晶振動板
２１  励振電極
２３  接続電極
３    ベース
３２  搭載電極
４    蓋体
Ｆｓ  主振動の周波数
Ｆ１  第１の副振動の周波数
Ｆ２  第２の副振動の周波数
Ｌ    水晶振動板の長辺寸法
Ｗ    水晶振動板の短辺寸法
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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