(57)【要約】【課題】小型のものでありながら、ＣＩ値を高くすることなく、振動周波数の可変感度を大きくすることができるようにした水晶ブランクとその製造方法及び、水晶ブランクを利用した水晶振動子、水晶発振器、水晶発振回路、携帯電話装置、電子機器を提供すること。【解決手段】長さ３．２ｍｍ、幅２．５ｍｍ以下のパッケージ２２に収容でき、Ｘ方向として特定される一方向に長い形状を有し、主振動ｆ０が２６ＭＨｚ帯のＡＴカット水晶ブランク１０であって、前記主振動ｆ０と、この主振動ｆ０に最も近接した副振動ｆｓである前記Ｘ方向３次のインハーモニックとの周波数差ΔＳを、４５０ＫＨｚないし５９０ＫＨｚの範囲に設定した。【選択図】図４
2008118685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長さ３．２ｍｍ、幅２．５ｍｍ以下のパッケージに収容でき、Ｘ方向として特定される一方向に長い形状を有し、主振動が２６ＭＨｚ帯のＡＴカット水晶ブランクであって、
前記主振動と、この主振動に最も近接した副振動である前記Ｘ方向３次のインハーモニックとの周波数差ΔＳを、４５０ＫＨｚないし５９０ＫＨｚの範囲に設定したことを特徴とする、水晶ブランク。
【請求項２】
前記周波数差ΔＳを、５５０ＫＨｚないし５９０ＫＨｚの範囲に設定したことを特徴とする、請求項１に記載の水晶ブランク。
【請求項３】
前記周波数差ΔＳを、４５０ＫＨｚないし５４０ＫＨｚの範囲に設定したことを特徴とする、請求項１に記載の水晶ブランク。
【請求項４】
水晶ブランクに励振電極を形成した水晶振動片を駆動することにより、所定の周波数の信号を得るようにした水晶発振回路であって、
前記水晶ブランクが、
長さ３．２ｍｍ、幅２．５ｍｍ以下のパッケージに収容でき、Ｘ方向として特定される一方向に長い形状を有し、主振動が２６ＭＨｚ帯のＡＴカット水晶ブランクであり、
かつ、前記主振動と、この主振動に最も近接した副振動である前記Ｘ方向３次のインハーモニックとの周波数差ΔＳを、４５０ＫＨｚないし５９０ＫＨｚの範囲に設定したことを特徴とする、水晶発振回路。
【請求項５】
水晶ブランクに励振電極を形成した水晶振動片をパッケージ内に収容した水晶振動子であって、
前記水晶ブランクが、
長さ３．２ｍｍ、幅２．５ｍｍ以下のパッケージに収容でき、Ｘ方向として特定される一方向に長い形状を有し、主振動が２６ＭＨｚ帯のＡＴカット水晶ブランクであり、
かつ、前記主振動と、この主振動に最も近接した副振動である前記Ｘ方向３次のインハーモニックとの周波数差ΔＳを、４５０ＫＨｚないし５９０ＫＨｚの範囲に設定したことを特徴とする、水晶振動子。
【請求項６】
水晶ブランクに励振電極を形成した水晶振動片と、この水晶振動片に接続される集積回路とをパッケージ内に収容した水晶発振器であって、
前記水晶ブランクが、
長さ３．２ｍｍ、幅２．５ｍｍ以下のパッケージに収容でき、Ｘ方向として特定される一方向に長い形状を有し、主振動が２６ＭＨｚ帯のＡＴカット水晶ブランクであり、
かつ、前記主振動と、この主振動に最も近接した副振動である前記Ｘ方向３次のインハーモニックとの周波数差ΔＳを、４５０ＫＨｚないし５９０ＫＨｚの範囲に設定したことを特徴とする、水晶発振器。
【請求項７】
長さ３．２ｍｍ、幅２．５ｍｍ以下のパッケージに収容でき、Ｘ方向として特定される一方向に長い形状を有し、主振動が２６ＭＨｚ帯のＡＴカット水晶ブランクの製造方法であって、
前記主振動と、この主振動に最も近接した副振動である前記Ｘ方向３次のインハーモニックとの周波数差ΔＳを、４５０ＫＨｚないし５９０ＫＨｚの範囲になるように、前記Ｘ方向の端面加工を行う
ことを特徴とする、水晶ブランクの製造方法。
【請求項８】
水晶ブランクに励振電極を形成した水晶振動片を、パッケージ内に収容した水晶振動子または水晶発振器を利用した携帯電話装置であって、
前記水晶ブランクが、
長さ３．２ｍｍ、幅２．５ｍｍ以下のパッケージに収容でき、Ｘ方向として特定される一方向に長い形状を有し、主振動が２６ＭＨｚ帯のＡＴカット水晶ブランクであり、
かつ、前記主振動と、この主振動に最も近接した副振動である前記Ｘ方向３次のインハーモニックとの周波数差ΔＳを、４５０ＫＨｚないし５９０ＫＨｚの範囲に設定した水晶振動子または水晶発振器により、制御用のクロック信号を得るようにした
ことを特徴とする、携帯電話装置。
【請求項９】
水晶ブランクに励振電極を形成した水晶振動片を、パッケージ内に収容した水晶振動子または水晶発振器を利用した電子機器であって、
前記水晶ブランクが、
長さ３．２ｍｍ、幅２．５ｍｍ以下のパッケージに収容でき、Ｘ方向として特定される一方向に長い形状を有し、主振動が２６ＭＨｚ帯のＡＴカット水晶ブランクであり、
かつ、前記主振動と、この主振動に最も近接した副振動である前記Ｘ方向３次のインハーモニックとの周波数差ΔＳを、４５０ＫＨｚないし５９０ＫＨｚの範囲に設定した水晶振動子または水晶発振器により、制御用のクロック信号を得るようにした
ことを特徴とする、電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子や水晶発振器等の水晶デバイスに使用される水晶振動片を構成するための水晶ブランクの改良とその製造方法、及び改良された水晶ブランクを使用した水晶振動子等に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、あるいはページングシステム等の移動体通信機器等の電子機器において、多数の水晶振動子等の水晶デバイスが使用されている。このような水晶デバイスに使用される水晶振動片として、所定の結晶構造の水晶ウエハをＡＴカットしたＡＴカット水晶片として水晶ブランク（水晶素片）が多く用いられている。一般的は、この水晶ブランクに励振電極を形成して、より振動しやすい水晶振動片を形成して利用している。
【０００３】
図１５は、このような水晶ブランクの形成する際の切断方位を説明する図である。
図において、所定の水晶結晶の結晶軸Ｘ，Ｙ，Ｚに関して、ｘ軸を回転軸とし、ｚ軸を３５度１５分回転させて、Ｘ−Ｚ‘面に沿ってカットし、ＡＴカット水晶を得る。このＡＴカット水晶のウエハをさらにチップ加工することにより、図１６に示すようなＸ方向に長い形状のＡＴカット水晶片の原料としての水晶ブランク１を得るようにしている。
【０００４】
図１７は、縦軸を周波数のずれ量、横軸を負荷容量として、ＡとＢの２つの振動子について、発振回路の一般的な緩急特性を表したものである。図において、ＡとＢの２つの振動子を比較すると、同じ負荷容量の変化に対して、Ｂの振動子の方がＡの振動子より周波数の変化が大きいことが理解できる。この場合、Ｂの振動子の方が、Ａの振動子より周波数可変感度ＣＳが高いとされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、近年ＧＳＭ方式と呼ばれる携帯電話の基準発振に使用される主振動が２６ＭＨｚ（メガヘルツ）帯の水晶振動片または水晶ブランクでは、これを用いた水晶発振器の場合、基地局との周波数ずれを常に電圧制御で補正するために、所定の上述したような周波数可変感度ＣＳとして１７ｐｐｍ（／ｐＦ・ａｔ１０ｐＦ）以上を必要とする。
尚、ここで、周波数可変感度が１７ｐｐｍ（／ｐＦ・ａｔ１０ｐＦ）とは、図１７で説明した負荷容量Ｃを１０ｐＦ（ピコファラド）の範囲で可変した場合に、１ｐＦ当たり、１７ｐｐｍ（Ｐａｒｔｓ  Ｐｅｒ  Ｍｉｌｌｉｏｎ）の周波数変化を意味する。
【０００６】
一般に、水晶ブランクが比較的大きい場合には、水晶片保持部まで振動エネルギーが漏洩することが少ないため、比較的広範な振動領域を確保できＣＩ（クリスタルインピーダンス）値を小さく抑えながら周波数可変感度ＣＳを大きくすることが容易である。
しかしながら、比較的小さな水晶ブランクにおいては、振動エネルギーを中心部に閉じ込める加工（コンベックス加工）を施すことによって、保持部にまで振動エネルギーが漏洩することを防ぎＣＩ値を小さくすることが一般的であるため、必然的に振動に関与する領域が小さくなり周波数可変感度ＣＳも小さくなってしまう傾向にある。つまり、ＣＩ値を抑制しようとすると、周波数可変感度ＣＳは小さくなってしまう。
【０００７】
従来技術においては、長さ３．２ｍｍ、幅２．５ｍｍのパッケージに収容される水晶振動子では周波数可変感度ＣＳは１２ないし１３ｐｐｍ（／ｐＦ・ａｔ１０ｐＦ）以上が一般的に必要とされている。
【０００８】
これに対して、近年、水晶振動子等の水晶ブランクを利用した水晶デバイスを実装すべき各種機器の小型化が進展しており、主振動が２６ＭＨｚ（メガヘルツ）帯の水晶振動片または水晶ブランクも、従来は、幅３．２ｍｍ、長さ５．０ｍｍのパッケージに収容される大きさであったものが、今後の主流としては、幅２．５ｍｍ、長さ３．２ｍｍのより小さなパッケージに納まるより小型のものに移りつつある。
しかしながら、特に、小型の水晶振動片では、ＣＩ値が高くならないようにして、振動周波数の可変感度を維持または向上させることは難しかった。
【０００９】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、幅２．５ｍｍ、長さ３．２ｍｍ以下のパッケージに収容できる小型のものでありながら、ＣＩ値を高くすることなく、振動周波数の可変感度を大きくすることができるようにした水晶ブランクとその製造方法及び、水晶ブランクを利用した水晶振動子、水晶発振器、水晶発振回路、携帯電話装置、電子機器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】
【００１０】
上述の目的は、請求項１の発明によれば、長さ３．２ｍｍ、幅２．５ｍｍ以下のパッケージに収容でき、Ｘ方向として特定される一方向に長い形状を有し、主振動が２６ＭＨｚ帯のＡＴカット水晶ブランクであって、前記主振動と、この主振動に最も近接した副振動である前記Ｘ方向３次のインハーモニックとの周波数差ΔＳを、４５０ＫＨｚないし５９０ＫＨｚの範囲に設定した、水晶ブランクにより、達成される。
請求項１の構成によれば、長さ３．２ｍｍ、幅２．５ｍｍ以下のパッケージに収容できる主振動が２６ＭＨｚ帯の小型のＡＴカット水晶ブランクにおいて、本発明者は、前記主振動と、この主振動に最も近接した副振動である前記Ｘ方向３次のインハーモニックとの周波数差ΔＳの値と、周波数の可変感度との間に後述する相関があることを見いだした。
【００１１】
特に、従来の幅３．２ｍｍ、長さ５．０ｍｍのパッケージに収容される比較的大きな水晶ブランクにおいては、十分な周波数の可変感度と、ＣＩ値性能を有していたことから、特別な対策が行われていない現状において、不可能とされていた小型の水晶ブランクの周波数可変感度の向上の方策を見いだしたものである。
すなわち、前記周波数差ΔＳを、４５０ＫＨｚ（キロヘルツ）ないし５９０ＫＨｚの範囲に入るように、水晶ブランクの加工を設定することで、周波数可変感度ＣＳを１７ｐｐｍ（／ｐＦ・ａｔ１０ｐＦ）以上とすることができる。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、前記周波数差ΔＳを、５５０ＫＨｚないし５９０ＫＨｚの範囲に設定したことを特徴とする。
請求項２の構成によれば、前記周波数差ΔＳを、５５０ＫＨｚないし５９０ＫＨｚの範囲に入るように、水晶ブランクの加工を設定することで、周波数可変感度ＣＳを１７ｐｐｍ（／ｐＦ・ａｔ１０ｐＦ）以上に維持しながら、ＣＩ値がΔＳの変動に対して、一定の水晶ブランクを得ることができる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１の構成において、前記周波数差ΔＳを、４５０ＫＨｚないし５４０ＫＨｚの範囲に設定したことを特徴とする。
請求項３の構成によれば、前記周波数差ΔＳを、４５０ＫＨｚないし５４０ＫＨｚの範囲に入るように、水晶ブランクの加工を設定することで、周波数可変感度ＣＳを１８ｐｐｍ（／ｐＦ・ａｔ１０ｐＦ）以上の水晶ブランクを得ることができる。
【００１４】
また、上述の目的は、請求項４の発明によれば、水晶ブランクに励振電極を形成した水晶振動片を駆動することにより、所定の周波数の信号を得るようにした水晶発振回路であって、前記水晶ブランクが、長さ３．２ｍｍ、幅２．５ｍｍ以下のパッケージに収容でき、Ｘ方向として特定される一方向に長い形状を有し、主振動が２６ＭＨｚ帯のＡＴカット水晶ブランクであり、かつ、前記主振動と、この主振動に最も近接した副振動である前記Ｘ方向３次のインハーモニックとの周波数差ΔＳを、４５０ＫＨｚないし５９０ＫＨｚの範囲に設定した、水晶発振回路により、達成される。
請求項４の構成によれば、請求項１の場合と同様の理由により、発振回路の周波数可変感度ＣＳを１７ｐｐｍ（／ｐＦ・ａｔ１０ｐＦ）以上とすることができる。
【００１５】
さらにまた、上述の目的は、請求項５の発明によれば、水晶ブランクに励振電極を形成した水晶振動片をパッケージ内に収容した水晶振動子であって、前記水晶ブランクが、長さ３．２ｍｍ、幅２．５ｍｍ以下のパッケージに収容でき、Ｘ方向として特定される一方向に長い形状を有し、主振動が２６ＭＨｚ帯のＡＴカット水晶ブランクであり、かつ、前記主振動と、この主振動に最も近接した副振動である前記Ｘ方向３次のインハーモニックとの周波数差ΔＳを、４５０ＫＨｚないし５９０ＫＨｚの範囲に設定した、水晶振動子により、達成される。
請求項５の構成によれば、請求項１の場合と同様の理由により、水晶振動子の周波数可変感度ＣＳを１７ｐｐｍ（／ｐＦ・ａｔ１０ｐＦ）以上とすることができる。
【００１６】
また、上述の目的は、請求項６の発明によれば、水晶ブランクに励振電極を形成した水晶振動片と、この水晶振動片に接続される集積回路とをパッケージ内に収容した水晶発振器であって、前記水晶ブランクが、長さ３．２ｍｍ、幅２．５ｍｍ以下のパッケージに収容でき、Ｘ方向として特定される一方向に長い形状を有し、主振動が２６ＭＨｚ帯のＡＴカット水晶ブランクであり、かつ、前記主振動と、この主振動に最も近接した副振動である前記Ｘ方向３次のインハーモニックとの周波数差ΔＳを、４５０ＫＨｚないし５９０ＫＨｚの範囲に設定した、水晶発振器により、達成される。
請求項６の構成によれば、請求項１の場合と同様の理由により、水晶発振器の周波数可変感度ＣＳを１７ｐｐｍ（／ｐＦ・ａｔ１０ｐＦ）以上とすることができる。
【００１７】
また、上述の目的は、請求項７の発明によれば、長さ３．２ｍｍ、幅２．５ｍｍ以下のパッケージに収容でき、Ｘ方向として特定される一方向に長い形状を有し、主振動が２６ＭＨｚ帯のＡＴカット水晶ブランクの製造方法であって、前記主振動と、この主振動に最も近接した副振動である前記Ｘ方向３次のインハーモニックとの周波数差ΔＳを、４５０ＫＨｚないし５９０ＫＨｚの範囲になるように、前記Ｘ方向の端面加工を行う、水晶ブランクの製造方法により、達成される。
【００１８】
さらにまた、上述の目的は、請求項８の発明によれば、水晶ブランクに励振電極を形成した水晶振動片を、パッケージ内に収容した水晶振動子または水晶発振器を利用した携帯電話装置であって、前記水晶ブランクが、長さ３．２ｍｍ、幅２．５ｍｍ以下のパッケージに収容でき、Ｘ方向として特定される一方向に長い形状を有し、主振動が２６ＭＨｚ帯のＡＴカット水晶ブランクであり、かつ、前記主振動と、この主振動に最も近接した副振動である前記Ｘ方向３次のインハーモニックとの周波数差ΔＳを、４５０ＫＨｚないし５９０ＫＨｚの範囲に設定した水晶振動子または水晶発振器により、制御用のクロック信号を得るようにした、携帯電話装置により、達成される。
【００１９】
また、上述の目的は、請求項９の発明によれば、水晶ブランクに励振電極を形成した水晶振動片を、パッケージ内に収容した水晶振動子または水晶発振器を利用した電子機器であって、前記水晶ブランクが、長さ３．２ｍｍ、幅２．５ｍｍ以下のパッケージに収容でき、Ｘ方向として特定される一方向に長い形状を有し、主振動が２６ＭＨｚ帯のＡＴカット水晶ブランクであり、かつ、前記主振動と、この主振動に最も近接した副振動である前記Ｘ方向３次のインハーモニックとの周波数差ΔＳを、４５０ＫＨｚないし５９０ＫＨｚの範囲に設定した水晶振動子または水晶発振器により、制御用のクロック信号を得るようにした、電子機器により、達成される。
【発明の効果】
【００２０】
以上述べたように、本発明によれば、幅２．５ｍｍ、長さ３．２ｍｍ以下のパッケージに収容できる小型のものでありながら、ＣＩ値を高くすることなく、振動周波数の可変感度を大きくすることができるようにした水晶ブランクとその製造方法及び、水晶ブランクを利用した水晶振動子、水晶発振器、水晶発振回路、携帯電話装置、電子機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本実施形態による水晶振動子の構成例を示す概略斜視図であり、図２はその概略断面図である。
これらの図において、水晶振動子２０は、水晶振動片２１を収納する容器として、空間部２２ａが形成された箱状のパッケージ２２と、空間部２２ａを密封するように、パッケージ２２に接合される板状の蓋体２３を備えている。
この水晶振動片２１は、一端部２１ａが、空間部２２ａ内に一体に設けた段部に配設されている電極２４上に、導電性接着剤３２を用いて接続固定され、他端部２１ｂが自由端とされている。
また、パッケージ２２と蓋体２３は、封止材（ロウ材）２５を介して接合されている。
ここで、水晶振動片２１は、後述するように、矩形状の水晶の薄板でなるＡＴカット水晶片である水晶ブランク１０の表面に水晶振動片２１の駆動に必要とされる励振電極（後述）等の図示しない電極が形成されている。
【００２２】
パッケージ２２の材料としては、例えば、アルミナ等のセラミックが用いられており、例えば、パッケージ２２は、グリーンシート等を用いて図示のように箱状に成形された後、焼成することにより形成される。
蓋体２３は、パッケージ２２の線膨張係数と近い材料が適しており、金属あるいはアルミナ等のセラミックにより、例えば、平板な板状に形成されている。金属の場合には、例えば、コバール，４２アロイ，ステンレス（ＳＵＳ）等が好適である。
【００２３】
ここで、パッケージ２２は、例えば、長さＬが３．２ｍｍ、幅Ｗ２．５ｍｍとされている。あるいは、長さＬと幅Ｗは、上記よりも小さく形成されており、パッケージ２２の高さＨは、少なくとも上記幅Ｗの大きさよりも小さく設定された小型のパッケージである。
そして、水晶振動片２１を構成する水晶ブランクは、その主振動が２６ＭＨｚ帯となるように、水晶ウエハを図１５で説明したようにカットして形成されており、かつパッケージ２２に納まるように、後述のような小型のものとして形成されている。
【００２４】
図３の断面図は、水晶デバイスの他の例として水晶発振器４０の封止構造を示している。
図において、図１及び図２で説明した水晶振動子２０と共通する構成には同一の符号を付して、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
図において、水晶発振器４０のパッケージ４１では、第１のセラミックベース４１ａの上に内側に空間を有する第２のセラミックベース４１ｂを重ね、さらにその上に内側に空間を有する第３のセラミックベース４１ｃを重ねて形成している。これにより、図２と比べると内部空間１２ａの下にさらに段部を設けて、一段低いもうひとつの内部空間２２ａを形成している。
このパッケージ４１の長さと幅は、図１及び図２のパッケージ２２と同じか、それよりも小さく形成されており、高さは、パッケージ２２よりも大きい。
【００２５】
そして、第１のセラミックベース４１ａの上面に形成した導電パターン上に集積回路４３を実装し、上記内部空間２２ａに収容して、電極部４４と接続している。これにより、水晶振動片２１に所定の駆動電圧を与えて、振動させ、その出力を上記集積回路４３に入力することにより、所定の周波数の信号を取り出すようになっている。
これにより、パッケージ４１内において、水晶振動片２１に駆動電圧を印加し、所定の振動周波数の信号を取り出すことができる本発明の実施形態に対応した発振回路が形成されている。
【００２６】
次に、このような水晶振動子２０や水晶発振器４０の各パッケージに収容される水晶振動片に用いる水晶ブランクについて説明する。
図４は、本発明の実施形態に係る水晶振動片を構成する水晶ブランクの概略斜視図である。
図４の水晶ブランク１０は、基本的には、図１６で説明したものと同様の水晶振動片であって、特に、Ｘ方向の寸法である長さＣｄが、Ｚ方向の寸法である幅Ｃｗよりも大きくなるように形成されており、例えば、長さＣｄが１．８ｍｍないし２．２ｍｍ程度、幅Ｃｗが１．１ないし１．５ｍｍ程度、厚みｔが６５μｍ程度のものが使用できる。このような水晶ブランク１０の表面に所定の導電金属により励振電極等が形成されて、水晶振動片２１が得られるようになっている。
【００２７】
また、水晶ブランク１０の長手方向であるＸ方向の端部，すなわち、辺１１の端面は、後述する装置を用いて、その稜線となる角部を研磨して、所謂コンベックス加工が行われており、これにより、図５に示すように、水晶ブランク１０の主振動に関与する領域ＮＡを、水晶ブランク１０の周縁領域から避けた箇所としている。
このことは、また、図５に示されているように、主振動に関与する領域，すなわち、主振動の際に振動する領域ＮＡを長手方向の端部の隅部１１ａ，１１ａから避ける構成とすることになる。この隅部１１ａ，１１ａは、図１で説明したように、水晶ブランク１０を利用して、水晶振動子等を形成するために、パッケージ内にマウントする場合等に、パッケージ内の電極に対して、導電性接着剤等を用いて固定する箇所に相当している。したがって、このように固定される箇所を主振動に関与する領域から避けることで、主振動におけるＣＩ値の上昇を抑制することができる。
【００２８】
これに対して、図６は、水晶ブランク１０における副振動モードに関与する振動領域を示しており、図６の副振動は、水晶ブランク１０のＸ方向（長手方向）に沿って３つに分割された領域ＸＮＡ１，ＸＮＡ２，ＸＮＡ３が振動に関与することにより生じるＸ方向の３次の厚みすべりインハーモニック振動である。この場合、ＸＮＡ２が正の電荷となる場合は、ＸＮＡ１，ＸＮＡ３，が負の電荷分布となる。
水晶ブランク１０における副振動モ−ドは複数存在するが、本実施形態では、主振動に最も近接した副振動モ−ドとして、このＸ方向の３次の厚みすべりインハーモニック振動（以下、単に「副振動」という）を後述するように制御する。
【００２９】
図７は、水晶ブランク１０に駆動電圧を与えて観測される振動周波数を記録したもので、水晶ブランク１０における上述した主振動ｆ０と副振動ｆｓとの関係を示す図である。図示されているように、水晶ブランク１０においては、主振動ｆ０と副振動ｆｓは、上述した水晶ブランク１０の長手方向であるＸ方向の端面の加工（以下、「端面加工」という）によって、それぞれＴｆ０，Ｔｆｓに示すように変化する。そして、この場合、主振動ｆ０と副振動ｆｓの端面加工による変化量Ｔｆ０，Ｔｆｓは、互いに同じではなく、このため、端面加工を行うことで、主振動ｆ０と副振動ｆｓの周波数差ΔＳを変化させることができる。
【００３０】
ここで、図８のグラフは、水晶ブランク１０の共振周波数の温度特性を表しており、水晶ブランク１０は、環境温度の変化に応じて、共振周波数が図８のグラフで示すように変化する。図８の直線Ｌは、スプリアス振動を示しており、特定の温度環境で、主振動ｆ０に対して、スプリアス振動Ｌが図示のように接近すると、主振動ｆ０とスプリアス振動Ｌが相互に影響し合い、観測される振動周波数は理想的な温度特性から外れてしまう。そこで、上述の端面加工を行うことで、この直線Ｌのスプリアス振動に対応する副振動ｆｓを制御して、図８の矢印に示すように、使用温度範囲内において、当該スプリアス振動が主振動に影響しないようにすることができる。
【００３１】
次に、水晶ブランク１０の端面加工を行う加工装置について説明する。
図９は、端面加工を行うためのバレル加工装置の構成を示す概略断面図、図１０は、図９のバレル加工装置の一部を示す縦断面図、図１１は、バレル加工装置に備えられるバレル単体を示し、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）はその概略縦断面図である。図９において、バレル加工装置５０は、主回転軸５２を備える外装ドラム５１を有しており、外装ドラム５１は、主回転軸５２を中心として、矢印Ａ方向に回転するようになっている。
【００３２】
外装ドラム５１の収容部には、複数のドラム５４が収容されている。この場合、ドラム５４は、外装ドラム５１の主回転軸５２の周囲に等距離を保持して複数個、例えば４個が配設されている。
そして、各ドラム５４は、外装ドラム５１に保持された状態で、それぞれ、矢印Ｂ方向に回転するようになっている。また、各ドラム５４は、図１０に示されているように、やや一方向に長い筒体で、内部に空間を有し、複数のバレル５５を収容するようになっている。
そして、ドラム５４のドラム軸５３は、ドラム本体の長さ方向に対して、例えば１４度程度の傾斜を有するように固定されている。このため、このドラム５４は、図９の外装ドラム５１に収容されている状態では、ドラム軸５３を外装ドラム５１の主回転軸５２と平行に位置決めされることで、外装ドラム５１に対しては、傾斜した状態で保持されている。
【００３３】
各ドラム５４に収容されるバレル５５は、図１０に示されているような筒体で保持されている。バレル５５の内部は、図１１に示されているように、その内面が、主として研磨を行う球状曲面５６と、主として研磨に寄与しない平面５７を有している。このバレル５５の内部には、端面加工としての研磨を行うワークである水晶ブランク１０と、研磨剤５８とが収容されて研磨作業が行われるようになっている。
【００３４】
次に、バレル加工装置５０を用いて、端面加工する方法を、概略的に説明する。
先ず、図１１（ｂ）の各バレル５５内に、水晶ブランク１０と、研磨剤５８を入れて、ドラム５４内に収容する。そして、このドラムを図９に示されているように、外装ドラム５１内に配置する。次いで、外装ドラム５１を矢印Ａ方向に高速で回転させると、各ドラム５４は、主回転軸５２の周囲に回転することになる。さらに、各ドラム５４は、それぞれ矢印Ｂに示すように各ドラム軸５３の周囲で自転される。
【００３５】
これにより、各バレル５５内では、水晶ブランク１０と研磨剤５８が遠心力の作用でバレル５５の内面に押し付けられる。この場合、水晶ブランク１０は、研磨剤５８により、バレル５５の球状曲面５６の曲率に対応して、８つの稜線である角部が研磨されることで、面取りされる。また、外装ドラム５１の回転方向を反転させることで、研磨される水晶ブランク１０の面が反転し、均一な研磨が行われる。しかも、各バレル５５が傾斜して支持されていることから、内部で水晶ブランク１０が反転しやすくなり、一層均一な端面加工を行うことができる。
【００３６】
そして、このバレル加工装置５０では、バレル５５の内面が凹状の球状曲面５６であるため、水晶ブランク１０の短辺１１，１１と、長辺１２，１２（図４参照）が加工される比率が一定であることから、水晶ブランク１０の長方形の形状に基づいて、長手方向（Ｘ方向）端面となる短辺１１，１１の加工される割合が大きくなる。
ここで、本実施形態における作用効果を得るに当たっては、図４の水晶ブランク１０の長手方向の端面である短辺１１，１１が加工された結果としての端面の曲面ＥＲ，ＥＲの形状が重要である。曲面ＥＲ，ＥＲが、理想的な曲面（曲率）とされるための条件としては、バレル５５の直径が、２５ｍｍ以上で３５ｍｍ以下程度であることが好適で、特に、３０ｍｍの直径のバレル５５を使用した場合に、最もよい結果を得ることができた。
【００３７】
図１２は、図９のバレル加工装置５０によって、図４の水晶ブランク１０を端面加工することで、図７で説明した主振動ｆ０と、この主振動に最も近い副振動ｆｓの周波数差ΔＳを横軸にとったグラフであり、図１２（ａ）は、縦軸にＣＩ値を、図１２（ｂ）は、縦軸に周波数可変感度ＣＳを、それぞれとったものである。尚、図１２（ｂ）の縦軸の周波数可変感度ＣＳは、負荷容量ＣＬの中心値を１０ｐＦ（ピコファラド）とした場合に、１ｐＦ当たり、何ｐｐｍ（Ｐａｒｔｓ  Ｐｅｒ  Ｍｉｌｌｉｏｎ）変化するかを表示している。
【００３８】
図１２（ａ）に示されているように、本発明者は、上述した水晶ブランク１０のＸ方向端面を図９のバレル加工装置で加工して、上記ΔＳを、Ａ１で示す領域、すなわち、４５０ＫＨｚないし５９０ＫＨｚの範囲に入るように収めることで、図１２（ｂ）に示すように、周波数可変感度ＣＳを１７ｐｐｍ（／ｐＦ・ａｔ１０ｐＦ）以上という十分な性能を得ることができることを見いだした。すなわち、この種の小型の水晶ブランク１０において、前記主振動と、この主振動に最も近接した副振動である前記Ｘ方向３次のインハーモニックとの周波数差ΔＳの値と、周波数の可変感度との間に、図１２（ｂ）に示す相関を実現することができたものである。
【００３９】
これにより、幅２．５ｍｍ、長さ３．２ｍｍ以下のパッケージ２２に収容できる小型のものでありながら、ＣＩ値を高くすることなく、振動周波数の可変感度を大きくすることが実現できる。また、Ａ１の範囲のＣＩ値であれば、実用上、十分に許容されるものである。
このため、図４の水晶ブランク１０を図９のバレル加工装置で端面加工して、主振動ｆ０と、この主振動に最も近い副振動ｆｓの周波数差ΔＳが４５０ＫＨｚ以上５９０ＫＨｚ以下とすることで、例えば、このような水晶ブランク１０を携帯電話装置（後述）に使用すると、交信する基地局との周波数ずれを常に電圧制御で補正することが可能となる。
【００４０】
図１３は、図１２のスケールを拡大して、同様の関係を示したグラフであり、具体的には、図１３（ａ）は、図１２（ａ）の横軸を拡大し、図１３（ｂ）は、図１２（ｂ）の横軸を拡大して示したものである。
図１３（ａ）に示されているように、水晶ブランク１０を上述の方法で、その主振動に最も近い副振動ｆｓの周波数差ΔＳが４５０ＫＨｚ以上５９０ＫＨｚ以下で、さらに、周波数差ΔＳを、５５０ＫＨｚないし５９０ＫＨｚの範囲Ａ２に入るように加工してもよい。このようにすることで、周波数可変感度ＣＳを１７ｐｐｍ（／ｐＦ・ａｔ１０ｐＦ）以上に維持しながら、ΔＳの変動に対して、ＣＩ値が図示するように一定を保って変動しなくなる。
このため、より安定した性能の水晶ブランク１０を得ることができる。
【００４１】
さらに、図１３（ｂ）に示されているように、水晶ブランク１０を上述の方法で、その主振動に最も近い副振動ｆｓの周波数差ΔＳを、４５０ＫＨｚ以上５９０ＫＨｚ以下で、４５０ＫＨｚないし５４０ＫＨｚの範囲Ａ３の領域に入るように、加工してもよい。これにより、水晶ブランク１０の周波数可変感度ＣＳが１８ｐｐｍ（／ｐＦ・ａｔ１０ｐＦ）以上というさらに優れた性能を得ることができる。
しかも、この領域Ａ３の範囲では、周波数可変感度ＣＳが、ほぼ一定である。このため、周波数可変感度ＣＳが１８ｐｐｍを超える範囲が広く、図８で説明したスプリアス振動と有害な共振を起こすポイントを容易に避けて、ΔＳの値を選択することが可能である。これにより、スプリアスの影響を受けずに、大きな周波数可変感度ＣＳを備えた水晶ブランク１０を得ることができる。
【００４２】
図１４は、本発明の上述した実施形態に係る水晶振動子等を利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置３００の概略構成を示す図である。
図において、送信者の音声を受信するマイクロフォン３０８及び受信内容を音声出力とするためのスピーカ３０９を備えており、さらに、送受信信号の変調及び復調部に接続された制御部としての集積回路等でなるコントローラ３０１を備えている。
コントローラ３０１は、送受信信号の変調及び復調の他に画像表示部としてのＬＣＤや情報入力のための操作キー等でなる情報の入出力部３０２や、ＲＡＭ，ＲＯＭ等でなる情報記憶手段３０３の制御を行うようになっている。
【００４３】
コントローラ３０１は、さらに、基準周波数発生回路３０５と接続されている。基準周波数発生回路３０５は、電圧−容量変換回路２１と、この電圧−容量変換回路２１と接続されている水晶振動子２０を備えている。この水晶振動子２０としては、例えば、上述した水晶ブランク１０を利用した水晶デバイスが利用されている。
電圧−容量変換回路２１は、このデジタル式携帯電話装置３００が交信する基地局との周波数ずれを電圧制御で補正するためのものである。これにより、コントローラ３０１からの基本クロックが入力されると、電圧変換して、水晶振動子２０に入力するようになっている。水晶振動子２０は、その周波数可変感度ＣＳに基づいて、正しい基本クロックを送信部３０７及び受信部３０６に与えるようになっている。
【００４４】
このように、制御部を備えた携帯電話装置３００のような電子機器に、上述した実施形態に係る水晶デバイスを利用することにより、ＣＩ値の上昇を実用域内に維持した状態で、周波数可変感度ＣＳを向上させた水晶振動子２０を利用することで、交信する基地局との周波数ずれを常に電圧制御で補正することができるものである。
【００４５】
本発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、バレル加工装置は、実施形態で説明したものの他、種々のタイプのものが使用できる。また、各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の水晶振動子の実施形態を示す概略斜視図。
【図２】図１の水晶振動片の概略断面図。
【図３】本発明の水晶発振器の実施形態を示す概略断面図。
【図４】本発明の水晶ブランクの実施形態を示す概略斜視図。
【図５】図４の水晶ブランクの概略平面図。
【図６】図４の水晶ブランクの副振動に関与する領域を示す概略説明図。
【図７】図４の水晶ブランクの主振動と副振動の関係を示すグラフ。
【図８】本発明の実施形態において、主振動とスプリアス振動の温度特性図においてスプリアス振動の周波数をコントロールする様子を示す説明図。
【図９】水晶ブランクの端面加工を行うためのバレル加工装置の構成を示す概略断面図。
【図１０】図９のバレル加工装置の一部を示す縦断面図。
【図１１】図９のバレル加工装置に備えられるバレル単体を示す概略斜視図。
【図１２】本発明の実施形態の水晶ブランクの主振動ｆ０と副振動ｆｓの周波数差ΔＳと各特性との相関を示す図であり、（ａ）は周波数差ΔＳとＣＩ値との関係を示し、（ｂ）は周波数差ΔＳと周波数可変感度ＣＳとの関係を示すグラフ。
【図１３】本発明の実施形態の水晶ブランクの主振動ｆ０と副振動ｆｓの周波数差ΔＳと各特性との相関を示す図であり、図１２とスケールを変えて示す図であって、（ａ）は周波数差ΔＳとＣＩ値との関係を示し、（ｂ）は周波数差ΔＳと周波数可変感度ＣＳとの関係を示すグラフ。
【図１４】本発明の実施形態に係る水晶振動子または水晶発振器等を利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図。
【図１５】ＡＴカット水晶ブランクを水晶ウエハから形成する手法を説明するための説明図。
【図１６】図１５の手法により形成されるＡＴカット水晶ブランクの概略斜視図。
【図１７】図１５の水晶ブランクの加工方法により水晶ブランクの特性が変化する様子を説明する説明図。
【符号の説明】
【００４７】
１０・・・水晶ブランク、１１・・・短辺、１２・・・長辺、２０・・・水晶振動子、２１・・・水晶振動片、２２，４１・・・パッケージ、４０・・・水晶発振器、５０・・・バレル加工装置、５１・・・外装ドラム、５４・・・ドラム、５５・・・バレル、ＮＡ・・・主振動に関与する領域、ＸＮＡ１，ＸＮＡ２，ＸＮＡ３・・・副振動に関与する領域
【図１】
2008118685.tif 000003
【図２】
2008118685.tif 000004
【図３】
2008118685.tif 000005
【図４】
2008118685.tif 000006
【図５】
2008118685.tif 000007
【図６】
2008118685.tif 000008
【図７】
2008118685.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2008118685.tif 000014
【図１３】
2008118685.tif 000015
【図１４】
2008118685.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2008118685.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成19年12月28日(2007.12.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主振動が２６ＭＨｚ帯のＡＴカット水晶ブランクの製造方法であって、
結晶軸Ｘ，Ｙ，Ｚに関して、Ｘ軸を回転軸とし、Ｚ軸を３５度１５分回転させて、Ｘ−Ｚ‘面に沿ってカットし、水晶ウエハとする水晶片カット工程と、
前記水晶ウエハを切断して、Ｘ方向の寸法である長さＣｄ、Ｚ方向の寸法である幅Ｃｗが、Ｃｄ＞Ｃｗである水晶ブランクとするチップ加工と、
前記水晶ブランクの主振動ｆ０と副振動ｆｓとの周波数差ΔＳが４５０ＫＨｚないし５９０ＫＨｚの範囲にする端面加工を行うコンベックス加工と
を含んでいることを特徴とする水晶ブランクの製造方法。
【請求項２】
前記水晶ブランクの長さをＣｄ、幅をＣｗ、またパッケージの長さをＬ、幅をＷとすると、３．２ｍｍ＞Ｌ＞Ｃｄ≧１．８ｍｍ、２．５ｍｍ＞Ｗ＞Ｃｗ≧１．１ｍｍ、且つＣｄ＞Ｃｗとする前記チップ加工を行うことを特徴とする請求項１に記載の水晶ブランクの製造方法。
【請求項３】
直径が２５ｍｍ以上で３５ｍｍ以下のバレルを備えたバレル加工装置を用いた前記コンベックス加工を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水晶ブランクの製造方法。
【請求項４】
直径が、３０ｍｍのバレルを備えたバレル加工装置を用いた前記コンベックス加工を行うことを特徴とする請求項３に記載の水晶ブランクの製造方法。
【請求項５】
主振動が２６ＭＨｚ帯の水晶振動子の製造方法であって、
結晶軸Ｘ，Ｙ，Ｚに関して、Ｘ軸を回転軸とし、Ｚ軸を３５度１５分回転させて、Ｘ−Ｚ‘面に沿ってカットし、水晶ウエハを得る水晶片カット工程と、
前記ウエハを切断して、Ｘ方向の寸法である長さＣｄ、Ｚ方向の寸法である幅ＣｗがＣｄ＞Ｃｗである水晶ブランクを得るチップ加工と、
前記水晶ブランクの主振動ｆ０と副振動ｆｓとの周波数差ΔＳを４５０ＫＨｚないし５９０ＫＨｚの範囲にする端面加工を行うコンベックス加工と、
前記水晶ブランクに励振電極を形成後、該水晶ブランクをパッケージ内の電極に導電性接着剤等を用いてマウント固定し、前記パッケージ内の空間部を密封するパッケージ工程と
を含んでいることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、幅２．５ｍｍ、長さ３．２ｍｍ以下のパッケージに収容できる小型のものでありながら、ＣＩ値を高くすることなく、振動周波数の可変感度を大きくすることができるようにした水晶ブランクの製造方法及び、水晶ブランクを利用した水晶振動子の製造方法を提供することを目的とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上述の目的は、請求項１の発明によれば、主振動が２６ＭＨｚ帯のＡＴカット水晶ブランクの製造方法であって、結晶軸Ｘ，Ｙ，Ｚに関して、Ｘ軸を回転軸とし、Ｚ軸を３５度１５分回転させて、Ｘ−Ｚ‘面に沿ってカットし、水晶ウエハとする水晶片カット工程と、前記水晶ウエハを切断して、Ｘ方向の寸法である長さＣｄ、Ｚ方向の寸法である幅Ｃｗが、Ｃｄ＞Ｃｗである水晶ブランクとするチップ加工と、前記水晶ブランクの主振動ｆ０と副振動ｆｓとの周波数差ΔＳが４５０ＫＨｚないし５９０ＫＨｚの範囲にする端面加工を行うコンベックス加工とを含んでいる水晶ブランクの製造方法により、達成される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、前記水晶ブランクの長さをＣｄ、幅をＣｗ、またパッケージの長さをＬ、幅をＷとすると、３．２ｍｍ＞Ｌ＞Ｃｄ≧１．８ｍｍ、２．５ｍｍ＞Ｗ＞Ｃｗ≧１．１ｍｍ、且つＣｄ＞Ｃｗとする前記チップ加工を行うことを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２のいずれかの構成において、直径が２５ｍｍ以上で３５ｍｍ以下のバレルを備えたバレル加工装置を用いた前記コンベックス加工を行うことを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
請求項４の発明は、請求項３の構成において、直径が、３０ｍｍのバレルを備えたバレル加工装置を用いた前記コンベックス加工を行うことを特徴とする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、上記目的は、請求項５の発明にあっては、主振動が２６ＭＨｚ帯の水晶振動子の製造方法であって、結晶軸Ｘ，Ｙ，Ｚに関して、Ｘ軸を回転軸とし、Ｚ軸を３５度１５分回転させて、Ｘ−Ｚ‘面に沿ってカットし、水晶ウエハを得る水晶片カット工程と、前記ウエハを切断して、Ｘ方向の寸法である長さＣｄ、Ｚ方向の寸法である幅ＣｗがＣｄ＞Ｃｗである水晶ブランクを得るチップ加工と、前記水晶ブランクの主振動ｆ０と副振動ｆｓとの周波数差ΔＳを４５０ＫＨｚないし５９０ＫＨｚの範囲にする端面加工を行うコンベックス加工と、前記水晶ブランクに励振電極を形成後、該水晶ブランクをパッケージ内の電極に導電性接着剤等を用いてマウント固定し、前記パッケージ内の空間部を密封するパッケージ工程とを含んでいる水晶振動子の製造方法により、達成される。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】削除
【補正の内容】