(57)【要約】【課題】広い温度範囲にわたって安定した周波数が得られるようにする。【解決手段】圧電振動片は、水晶の電気軸をＸ軸、機械軸をＹ軸、光学軸をＺ軸としたときに、Ｚ軸の回りに時計方向にＸ軸を−５．０度以上且つ−１．０度以下、又は、＋１．０度よりも大きく且つ１５．９度以下回転させて設定したＸ’軸に平行な辺を有するとともに、前記Ｘ’軸の回りに時計方向に前記Ｚ軸を３４．６度以上であって、３５．１度以下回転させたＺ’軸に平行な辺を有する水晶板、又は、Ｚ軸の回りに時計方向にＸ軸を−１５．９度以上であって−５．０度以下回転させて設定したＸ’軸に平行な辺を有するとともに、前記Ｘ’軸の回りに時計方向に前記Ｚ軸を３４．２度以上であって、３５．３度以下回転させたＺ’軸に平行な辺を有する水晶板からなる。【選択図】　　図２
2004007420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶の電気軸をＸ軸、機械軸をＹ軸、光学軸をＺ軸とし、前記Ｚ軸の回りに時計方向に前記Ｘ軸を−５．０度以上且つ−１．０度未満、又は＋１．０度よりも大きく（１．０度は含まない。）且つ１５．９度以下回転させて設定したＸ’軸に平行な辺を有し、前記Ｘ’軸の回りに時計方向に前記Ｚ軸を３４．６度以上且つ３５．１度以下回転させたＺ’軸に平行な辺を有する水晶板からなることを特徴とする圧電振動片。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電振動片において、前記水晶板は、厚さに対する前記Ｘ’軸方向の長さが１５倍以上且つ２２倍未満であって、前記Ｚ軸回りの回転角度の数値をφ、前記Ｘ’軸回りの回転角度の数値をθとしたときに、
【数１】
2004007420.tif 000014
であることを特徴とする圧電振動片。
【請求項３】
請求項１に記載の圧電振動片において、前記水晶板は、厚さに対する前記Ｘ’軸方向の長さが１５倍未満であって、前記Ｚ軸回りの回転角度の数値をφ、前記Ｘ’軸回りの回転角度の数値をθとしたときに、
【数２】
2004007420.tif 000015
であることを特徴とする圧電振動片。
【請求項４】
水晶の電気軸をＸ軸、機械軸をＹ軸、光学軸をＺ軸とし、前記Ｚ軸の回りに時計方向に前記Ｘ軸を−１５．９度以上且つ−５．０度以下回転させて設定したＸ’軸に平行な辺を有し、前記Ｘ’軸の回りに時計方向に前記Ｚ軸を３４．２度以上且つ３５．３度以下回転させた前記Ｚ’軸に平行な辺を有する水晶板からなることを特徴とする圧電振動片。
【請求項５】
請求項４に記載の圧電振動片において、前記水晶版は、厚さに対する前記Ｘ’軸方向の長さが８０倍未満であって、前記Ｚ軸回りの回転角度の数値をφ、前記Ｘ’軸回りの回転角度の数値をθとしたときに、
【数３】
2004007420.tif 000016
であることを特徴とする圧電振動片。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の圧電振動片からなることを特徴とする圧電振動子。
【請求項７】
請求項６に記載の圧電振動子を備えていることを特徴とする圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電効果を利用した振動片に係り、特に、いわゆる新しいカット水晶板を用いた圧電振動片、圧電振動子および圧電デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の各種機器における電子化、通信システムの発達に伴って圧電発振器をはじめとする圧電デバイスが多用されている。特に、圧電材料としての水晶は、高い周波数が得られるとともに、安定した周波数特性を有するところから圧電デバイスに広く採用されている。そして、ＡＴカット水晶板（以下、単にＡＴカット板と称する）は、広範囲な温度領域において安定した周波数特性を有する圧電振動子が得られるところから、古くから圧電デバイスに用いられている。このＡＴカット板は、一片がＸ軸に平行であって、ＸＺ面をＸ軸回りに３５．２５度時計方向（Ｘ軸の−Ｘ方向から＋Ｘ方向を見た場合を基準）に回転させたカット角θで切り出したものである。
【０００３】
このＡＴカット板から形成した圧電振動子（水晶振動子）の周波数温度特性を図１１に示す。図１１は、横軸が温度（単位：℃）であって、縦軸が温度２５℃のときの周波数を基準にした周波数偏差（単位：ｐｐｍ）を示している。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３２１８５３７号公報
【非特許文献１】
Ｐ．Ｃ．Ｙ．Ｌｅｅ、Ｙ．Ｋ．Ｙｏｎｇ著，「Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｔｈｉｃｋｎｅｓｓｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｏｆｄｏｕｂｌｙｒｏｔａｔｅｄｑｕａｒｔｚｐｌａｔｅｓａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｐｌａｔｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓａｎｄｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｓ」，Ｖｏｌ．６０，Ｎｏ．７，（米国），ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，１９８６年１０月１日，ｐ．２３４０
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来から広く使用されているＡＴカット板は、図１１に示したように、周波数温度特性を示す２５℃のときの周波数に対する周波数偏差が、１００℃近辺において急激に大きくなる。このため、例えば−２５℃から＋１２０℃までの温度範囲を取ると、周波数偏差の変動幅が３０ｐｐｍ以内に入るようなカット角が存在しない。このため、自動車用部品のような広い温度範囲において使用される機器にＡＴカット板からなる水晶振動子を搭載した場合、高精度な制御が困難となる。このため、広い温度範囲、特に−２５℃から＋１２０℃までの間において、周波数偏差が±１５ｐｐｍ以内となるような、安定した周波数を発振する水晶振動子が求められている。
【０００６】
そして、従来は、上記したように−２５℃から＋１２０℃の範囲における周波数偏差の変動幅が３０ｐｐｍより大きいため、自動車用部品などとして使用する場合、温度補償回路を設けることにより、周波数をより安定させた発振器を得ていた。しかし、温度補償回路を設けると、部品点数や工数の増加を伴い、コストが増大する。
【０００７】
本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、広い温度範囲において安定した周波数が得られるようにすることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、水晶のカット角について種々研究し、実験を行なったところ、広い温度範囲において比較的安定した周波数が得られるカット角を見出した。本発明は、この知見に基づいてなされたもので、本発明に係る圧電振動片は、水晶の電気軸をＸ軸、機械軸をＹ軸、光学軸をＺ軸とし、Ｚ軸の回りに時計方向にＸ軸を−５．０度以上且つ−１．０度未満、又は＋１．０度よりも大きく（φ＝１．０度は含まない。）且つ１５．９度以下回転させて設定したＸ’軸に平行な辺を有し、前記Ｘ’軸の回りに時計方向に前記Ｚ軸を３４．６度以上且つ３５．１度以下回転させたＺ’軸に平行な辺を有する水晶板からなることを特徴としている。
【０００９】
このようになっている本発明は、−２５℃〜＋１２０℃の温度範囲において、周波数温度特性における周波数偏差の変動幅を３０ｐｐｍ以内に収めることができ、広い温度範囲において安定した周波数を得ることができる。
【００１０】
なお、この発明において「軸の回りに時計方向」とは、その軸のマイナス側からプラス側を見たときを基準にしている。従って、例えば「Ｚ軸の回りに時計方向に」とは、「−Ｚ方向から＋Ｚ方向に見て時計方向に」ということである。
【００１１】
ところで、圧電振動片の周波数温度特性は、ブランクの形状、例えばブランクのＸ辺比（ブランクのＸ’軸方向の長さ寸法をブランクの厚さで割った値）によっても変化する。そこで、発明者らは、広い温度範囲において安定した周波数が得られるブランクのＸ辺比とカット角との関係を調べた。そして、上記の圧電振動片において、厚さに対する前記Ｘ’軸方向の長さが１５倍以上且つ２２倍未満であって、Ｚ軸回りの回転角度の数値をφ、Ｘ’軸回りの回転角度の数値をθとしたときに、
【００１２】
【数４】
2004007420.tif 000003
【００１３】
であることを特徴としている。これにより、−２５℃〜＋１２０℃の広い温度範囲において、Ｘ辺比が１５以上２２未満の圧電振動片の周波数を安定させることができる。
【００１４】
また、上記の圧電振動片において、水晶板は、厚さに対する前記Ｘ’軸方向の長さが１５倍未満であって、Ｚ軸回りの回転角度の数値をφ、Ｘ’軸回りの回転角度の数値をθとしたときに、
【００１５】
【数５】
2004007420.tif 000004
【００１６】
であることを特徴としている。これにより、−２５℃〜＋１２０℃の広い温度範囲において、Ｘ辺比が１５より小さい小型の圧電振動片の周波数を安定させることができる。
【００１７】
また、本発明に係る圧電振動片は、水晶の電気軸をＸ軸、機械軸をＹ軸、光学軸をＺ軸とし、前記Ｚ軸の回りに時計方向に前記Ｘ軸を−１５．９度以上且つ−５．０度以下回転させて設定したＸ’軸に平行な辺を有し、前記Ｘ’軸の回りに時計方向に前記Ｚ軸を３４．２度以上且つ３５．３度以下回転させたＺ’軸に平行な辺を有する水晶板からなることを特徴とする。
【００１８】
このようになっている本発明は、−２５℃〜＋１２０℃の温度範囲において、周波数温度特性における周波数偏差の変動幅を３０ｐｐｍ以内に収めることができ、広い温度範囲において安定した周波数を得ることができる。
【００１９】
別の実施例では、水晶版は、厚さに対する前記Ｘ’軸方向の長さが８０倍未満であって、前記Ｚ軸回りの回転角度の数値をφ、前記Ｘ’軸回りの回転角度の数値をθとしたときに、
【００２０】
【数６】
2004007420.tif 000005
【００２１】
であることを特徴としている。これにより、−２５℃〜＋１２０℃の広い温度範囲において、Ｘ辺比が１０以上の圧電振動片の周波数を安定させることができる。
【００２２】
そして、本発明に係る圧電振動子は、上記のいずれかの圧電振動片からなることを特徴としている。これにより、−２５℃〜＋１２０℃の広い温度範囲において、周波数の安定した圧電振動子が得られる。
【００２３】
また、本発明に係る圧電デバイスは、上記の圧電振動子を備えていることを特徴とする。これにより、自動車用部品などのように、使用される温度範囲が広い場合であっても、温度補償回路を必要とすることなく周波数を安定させることができ、部品点数や工数の増加を避けることができ、コストの低減が図れる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る圧電振動片および圧電振動子並びに圧電デバイスの好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。
【００２５】
水晶の結晶軸（電気軸、機械軸、光学軸）のうち、２軸に対して回転させたカット角によって切り出した水晶板（基板）を用いると、周波数偏差の変曲点が高温側にシフトすることは理論的に証明されている（例えば、特許文献１参照）。そして、−２５℃〜＋１２０℃の温度範囲において周波数が安定したカット角も存在することになる。
【００２６】
しかし、周波数温度特性曲線は、ブランクの形状によっても容易に変化する。このため、単にカット角を決定しただけでは、周波数の安定したカット角の領域を特定することができない。例えば、図１１に周波数温度特性を示したＡＴカット板からなる水晶振動子は、カット角が同じ場合であっても、ブランクのＸ辺比（ブランクのＸ’方向の長さをブランクの厚さで割った値）が大きくなるのに従って、同図の矢印Ａ、Ｂに示したように、温度の３次関数として表される周波数温度特性曲線が、温度の１次についての係数が大きくなる方向に変化する。このことは、２軸について回転した座標軸を持つ水晶板についても、同様の傾向を示すことが一般に知られている（例えば、非特許文献１参照）。したがって、ブランクのＸ辺比を考慮したカット角を設定する必要がある。
【００２７】
また、ブランク上に形成する電極の厚みにも温度特性は影響され、電極を厚くすることによってブランクのＸ辺比を短くしたと同様に１次係数が小さくなる。ここでも、カット角と同様、電極膜厚をも考慮する必要がある。
【００２８】
図１は、本発明に係る圧電振動片である水晶振動片を得るための水晶のカット角を説明する図である。図１において、水晶結晶１０の直交する３軸、すなわち電気軸をＸ軸、これに直交した機械軸をＹ軸、Ｘ軸とＹ軸とに直交した光学軸をＺ軸とする。本発明に係る水晶振動片を得るための水晶板（水晶基板）１２のカット角は、まず、Ｚ軸の回りにＸ軸を時計方向にφだけ回転させたＸ’軸を設定し、このＸ’軸に平行な辺を有する。さらに、水晶板１２は、Ｘ’軸の回りに、Ｚ軸を時計方向にθだけ回転させたＺ’軸に平行な辺を有している。
【００２９】
発明者らは、水晶結晶１０のＸ軸とＺ軸とのそれぞれの回りに回転させたいわゆるダブルローテーションのカット角について種々検討した結果、−２５℃〜＋１２０°の温度範囲において比較的安定した周波数が得られるカット角を見出した。
【００３０】
図２は、Ｘ辺比（図１に示した水晶板１２から得たブランクのＸ’方向の長さ寸法を板厚で割った値（以下同じ））が１０．０、Ｚ辺比（図１に示した水晶板１２から得たブランクのＺ’方向の長さ寸法を板厚で割った値（以下同じ））が６．２の矩形平板状であって、主振動周波数が１０ＭＨｚの水晶振動子を用いたカット角の周波数温度特性を測定したもので、Ｚ軸をＸ’軸の回りに時計方向に３４．７度（θ＝３４．７°）回転させて設定したしたときの、φの依存性を調べたものである。なお、電極のプレートバック量は、２．５％であった。
【００３１】
図２は、横軸が温度（単位：℃）であり、縦軸が温度２５℃のときの周波数を基準とした周波数偏差（単位：ｐｐｍ）である。図２に示されているように、φ＝８．３°の場合、温度２５℃のときの周波数を基準とした周波数偏差の変動幅が、−２５℃〜＋１２０℃の温度範囲において、周波数偏差の変動幅が３０ｐｐｍ以内の振動子が得られる。したがって、自動車用部品などのように広い温度範囲において使用される機器に、温度補償回路を設けることなく対応することができる圧電デバイスが得られる。
【００３２】
ただし、φ＝１６°以上の時には中心温度（図１１の点Ｃに示されるように周波数温度特性曲線において低温側の変曲点と高温側の変曲点の中間に当たる点）が６０℃以上となるため低温領域において周波数の低下が著しくなり周波数偏差の変動幅が３０ｐｐｍ以内に入ることができない。同様にφが−１度以上＋１度以下の場合には中心温度がＡＴカットと同様に２５℃にあるため高温領域において周波数の上昇が著しい。従ってφの適用範囲は−５．０度以上、−１度未満、又は＋１度よりも大きく（＋１度は含まない。）、＋１５．９度以下が望ましい。したがって、カット角φは、
【００３３】
【数７】
2004007420.tif 000006
【００３４】
又は
【００３５】
【数８】
2004007420.tif 000007
【００３６】
が望ましい。なお、発明者らの研究によると、φの値を８．３度から３度より大きくずれない値に設定することで、−２５℃〜＋１２０℃の温度範囲における周波数偏差の変動幅が３０ｐｐｍ以内の振動子が確実に得られることがわかった。
【００３７】
ところで、前記したように、水晶振動子の周波数温度特性は、ブランクの形状、特にＸ辺比によって変化する。そこで、発明者らは、上記のＸ辺比１０．０、Ｚ辺比６．２、主振動周波数１０ＭＨｚの水晶振動子と、Ｘ辺比が２０、Ｚ辺比が１３であり、主振動周波数が１６ＭＨｚの水晶振動子とについて、温度範囲が−２５℃〜＋１２０℃における周波数温度特性の最適カット角の比較を行なった。その結果を図３に示す。
【００３８】
図３は、横軸が温度（単位：℃）であり、縦軸が温度２５℃のときの周波数を基準とした周波数偏差（単位：ｐｐｍ）である。図３の実線に示されているように、Ｘ辺比が１０．０である小型の振動子の場合、最適の周波数温度特性を示すカット角がφ＝８．３°、θ＝３４．７°であった。これに対して、同図の破線に示したＸ辺比が２０である大きな振動子の場合、カット角がφ＝６．１°、θ＝３４．７°のときに、最適な周波数温度特性が得られた。
【００３９】
このように、Ｘ辺比の相違によって最適な周波数温度特性が得られるカット角が異なっていることが明らかとなり、−２５°〜＋１２０℃の温度範囲において、周波数偏差の変動幅が３０ｐｐｍ以内となるカット角の範囲がＸ辺比によって大きく異なる可能性がある。
【００４０】
さらに、図４に同じカット角（θ＝３５°、φ＝４．５°）で同じ形状をもつブランクに、電極膜厚（プレートバック量）を１％から４％まで変えて形成したときの周波数温度特性の比較を示す。この図４は、横軸が温度（単位：℃）、縦軸が温度２５℃のときの周波数を基準とした周波数偏差（単位：ｐｐｍ）であり、実線で示した曲線が電極膜厚１％、破線で示した曲線が電極膜厚４％の場合を示している。図から明らかなように、電極膜厚を変えた条件でも、最適領域がずれることがわかった。
そこで、上記した２つの水晶振動子について、周波数偏差の変動幅が３０ｐｐｍ以内となる良好な周波数温度特性が得られるカット角の範囲を調べた。
【００４１】
図５は、Ｘ辺比２０、Ｚ辺比１３、プレートバック量２．５％、主振動周波数１６ＭＨｚの振動子について、良好な周波数温度特性が得られるカット角を●印で示した。これらの実験データは実線で示す関数曲線上に存在することがわかった。横軸がＸ’軸の回りに時計方向に回転させた角度θ（単位：度）であり、縦軸がＺ軸の回りに時計方向に回転させた角度φ（単位：度）である。しかし、Ｘ辺比が変わったり、電極膜厚が変わったりすると最適領域が変化することは前にも説明した通りであるので、さらにＸ辺比を１５〜２２まで変化させ、プレートバック量も１〜６％まで変化させて最適領域を探索した。その結果、条件を変えることによって△印で示す点に最適値が存在することがわかった。すなわち、実線を挟む破線の領域内に最適値が存在するということになる。
【００４２】
したがって、Ｘ辺比が１５以上２２未満の場合、良好な周波数温度特性が得られるθの数値に対するφは、
【００４３】
【数９】
2004007420.tif 000008
【００４４】
となる。
【００４５】
この領域中では、角度のばらつきに対する良好な周波数温度特性が得られる領域の広さを見ると、特にθ＝３５．１°以下の領域においては、θの値が多少ばらついても、φの値が一定であれば、良好な周波数温度特性を有する水晶振動子を得ることができることがわかる。したがって、量産性を考慮した場合、θ≦３５．１°であることが望ましい。しかし、前記したように振動子の示す温度特性はＸ辺比と電極膜厚に大きく影響される。前記実施例以外のＸ辺比が２２以上の場合、或いは電極膜厚が薄い場合、即ちプレートバック量が１％以下の場合、或いは、その双方の条件を満足する場合では図５又は、後述の図６に示された領域を外れるものも存在する。従って、広範囲の製造条件に対して安定な周波数温度特性を得るためには、φが−５．０度以上且つ−１．０度未満、又は＋１．０度よりも大きく（１．０度は含まない。）且つ１５．９度以下であり、θが３４．６度以上、３５．１度以下である必要がある。但し、φが±１度以下の条件では、ＡＴカット振動子とほぼ同様の周波数温度特性しか示さないため除く。
【００４６】
図６は、Ｘ辺比１０．０、Ｚ辺比６．２、プレートバック量２．５％、主振動周波数１０ＭＨｚの水晶振動子について、−２５℃〜＋１２０°の温度範囲において周波数偏差の変動幅が３０ｐｐｍ以内となるカット角を求めたものである。●印で示した。これらの実験データは実線で示す関数曲線上に存在することがわかった。前節で示したのと同様にＸ辺比を５〜１５まで変化させ、プレートバック量も０．５〜４％まで変化させて最適値を探索した結果、図６中△印で示す点に最適値が存在することがわかった。即ち、実線を挟む破線の領域内に最適値が存在するということになる。
【００４７】
したがって、Ｘ辺比１５未満の水晶振動子の場合、良好な周波数温度特性を持つθとφとの関係を求めると、
【００４８】
【数１０】
2004007420.tif 000009
【００４９】
となる。ただし、θの値は、前記と同様に３５．１度以下が望ましい。この望ましいカット角の範囲は、Ｘ辺比が１５より小さい水晶振動子について適用することができる。
【００５０】
図７は、Ｘ辺比１０の水晶振動子のθ＝３４．５°における周波数温度特性を示したものである。図７は、横軸が温度（単位：℃）、縦軸が温度２５℃のときの周波数に対する周波数偏差（単位：ｐｐｍ）である。そして、図中実線で示した曲線がφ＝１２°のときの周波数温度特性であり、破線がφ＝１３°のときの周波数温度特性である。
【００５１】
図に示されているように、Ｘ辺比１０の条件においてはθ＝３４．５°で、すべてのφにおいて、−２５℃〜＋１２０℃の温度範囲にわたって良好な周波数温度特性を得ることができなかった。これは、変曲点が高くなりすぎたためであると考えられる。したがって、θの領域は、３４．５度を下限とした。ただし、θ＝３４．５°を含まない。すなわち、θの範囲は、
【００５２】
【数１１】
2004007420.tif 000010
【００５３】
とすることが望ましい。
【００５４】
以上に説明したようにφ＝−５°〜１５．９°までの領域で、温度特性の良好な圧電振動子片を得ることができた。発明者らは、同様にφを−５度以下に回転した領域にも温度特性良好の領域があるものと考え実験を行った。図８は、Ｘ辺比２５．０、Ｚ辺比１６．５、主振動周波数が２１ＭＨｚの水晶振動子を用いたカット角の周波数温度特性を測定したもので、Ｚ軸を中心としてマイナス方向に（−Ｚ方向から＋Ｚ方向を見た場合を基準として反時計方向に）１０度回転してできた面をＸ’軸の回りに時計方向に３４．０度から３５．５度（θ＝３４．０°〜３５．５°）まで回転させて設定したときの、温度特性のθ依存性を調べたものである。なお、電極のプレートバック量は、２．０％であった。
【００５５】
図８は、横軸が温度（単位：℃）であり、縦軸が温度２５℃のときの周波数を基準とした周波数偏差（単位：ｐｐｍ）である。図８に示されているように、φ＝−１０°でθ＝３４．９°の場合、温度２５℃のときの周波数を基準とした周波数偏差の変動幅が、−２５℃〜＋１２０℃の温度範囲において、周波数偏差の変動幅が３０ｐｐｍ以内の振動子が得られる。したがって、自動車用部品などのように広い温度範囲において使用される機器に、温度補償回路を設けることなく対応することができる圧電デバイスが得られる。発明者らの研究によると、図８に示した水晶振動子の周波数温度特性は、θの値が３４．９度から０．３度以上ずれると、図８に一点鎖線で示したφ＝−１０°、θ＝３４．６°のように温度一次係数が大きくなりすぎるか、または同図の破線に示したφ＝−１０°、θ＝３５．２°のように２次曲線に近い特性になるかで、満足する特性が得られないことがわかった。
【００５６】
図９は、Ｘ辺比２５．０、Ｚ辺比１６．５、プレートバック量２．０％、主振動周波数２０ＭＨｚの水晶振動子について、−２５℃〜＋１２０°の温度範囲において周波数偏差の変動幅が３０ｐｐｍ以内となるカット角を●印で示した。これらの実験データは実線で示す関数曲線上に存在することがわかった。前節で示したのと同様にＸ辺比を１０〜８０まで変化させ、最適値を探索した結果、図９中△印で示す点にも最適値が存在することがわかった。即ち、実線を挟む破線の領域内に最適値が存在するということになる。
【００５７】
したがって、Ｘ辺比１０〜８０の水晶振動子の場合、良好な周波数温度特性を持つθとφとの関係を求めると、
【００５８】
【数１２】
2004007420.tif 000011
【００５９】
となる条件が望ましい。
【００６０】
この領域中では、角度のばらつきに対する良好な周波数温度特性が得られる領域の広さを見ると、φ＝−１６°以下の時には中心温度が６０℃以上となるため低温領域において周波数の低下が著しくなる。従ってφの下限は、−１６°が望ましい。ただし、φ＝−１６°を含まない。したがって、φの範囲は、
【００６１】
【数１３】
2004007420.tif 000012
【００６２】
とすることが望ましい。
【００６３】
また、θの領域についてはθ＝３５．４°で領域内の全てのφに付いて良好な温度特性を満足できなかった。これは、注目する温度領域内で２次特性を示したためである。一方、θ＝３４．１°では、領域内の全てのφにおいて−２５℃〜＋１２０℃の温度範囲にわたって良好な周波数温度特性を得ることができなかった。これは１次係数が高くなりすぎるためであった。したがって、θの領域は、
【００６４】
【数１４】
2004007420.tif 000013
【００６５】
とすることが望ましい。
【００６６】
上記のようにいわゆるダブルローテーションさせて得たカット角によって切り出された水晶板１２からなる圧電振動片（水晶振動片）は、パッケージ内に封入することにより、圧電振動子として使用することができる。図１０は、圧電振動子の説明図である。そして、同図（１）は同図（２）のＢ−Ｂ線における平面断面図であり、同図（２）はＡ−Ａ線における側面断面図である。
【００６７】
図１０において、圧電振動子２０は、パッケージ２２がセラミック材料等により形成してある。そして、パッケージ２２は、圧電振動片２４を収納するキャビティ２６を形成している。また、パッケージ２２は、キャビティ２６の底面に電極３０および配線パターン（図示せず）を形成して、パッケージ２２の裏面に形成した外部端子（図示せず）との導通を可能とする。そして、圧電振動片２４を片持ち状態でキャビティ２６内に実装される。具体的には、電極３０の上に導電性接着剤３２を塗布し、その上に圧電振動片２４の接続電極３４を配置して固定する。これにより、パッケージ２２の底面の外部端子から、圧電振動片２４の励振電極３６に通電可能となる。なお、パッケージ２２の上部には蓋部材３８を装着して、パッケージ２２の内部を窒素雰囲気等に保持する。
【００６８】
また、本実施形態に係る圧電振動片は、集積回路素子と組み合わせて発振回路を形成することにより、圧電発振器として使用することができる。例えば、図１０に示す圧電振動子２０と図示しない集積回路素子とを、配線パターンを形成したモジュール基板上に実装することにより、圧電発振器モジュールを形成することができる。また、図１０に示すパッケージ２２の内部に、圧電振動片２４とともに集積回路素子を封入することにより、圧電発振器パッケージを形成することができる。
【００６９】
なお、本発明に係る圧電振動片は、平板状であってもよいし、コンベックス状、または圧電振動片の中央部が凹部となった逆メサ形であってもよい。
【００７０】
以上に説明したように、いわゆるダブルローテーションのカット角を採用することにより、広い温度範囲において周波数を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るカット角の説明図である。
【図２】Ｘ辺比が１０の圧電振動子の周波数温度特性のカット角φの依存性を説明する図である。
【図３】Ｘ辺比の相違による最適カット角の違いを示す図である。
【図４】電極膜厚（プレートバック量）の違いによる周波数温度特性の違いを示す図である。
【図５】Ｘ辺比が１５以上２２未満の圧電振動子における良好な周波数温度特性が得られるカット角の範囲を示す図である。
【図６】Ｘ辺比が１５未満の圧電振動子における良好な周波数温度特性が得られるカット角の範囲を示す図である。
【図７】Ｘ辺比が１０の圧電振動子のθ＝３４．５°における周波数温度特性のφの依存性を説明する図である。
【図８】Ｘ辺比が２５．０の圧電振動子のφ＝−１０°における周波数温度特性のθ依存性を説明する図である。
【図９】Ｘ辺比が１０〜８０未満の圧電振動子における良好な周波数温度特性が得られるカット角の範囲を示す図である。
【図１０】実施の形態に係る圧電振動子の説明図であって、（１）は（２）のＢ−Ｂ線に沿った断面図、（２）は（１）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図１１】ＡＴカット水晶板を用いた圧電振動子の周波数温度特性を示す図である。
【符号の説明】
１０………水晶結晶
１２………水晶板
２０………圧電振動子
２２………パッケージ
２４………圧電振動片
３０………電極
３６………励振電極
【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１１】
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