(57)【要約】【課題】輪郭振動子の電気機械変換効率が悪く、等価直列抵抗Ｒ１が大きく、品質係数Ｑ値が小さくなるという点である。同時に、前記振動子を用いた振動子ユニットとその振動子ユニットを搭載した発振器の特性が良くない点である。【解決手段】少なくとも振動部と支持部とを具えて構成される輪郭振動子で、振動部と支持部とを具えて構成される輪郭振動子はエッチング法により一体に形成され、振動部の上下面、又は振動部の側面と対抗する面には、極性の異なる少なくとも一対の電極が対抗して配置されていて、前記振動子は輪郭モードで振動する輪郭振動子であると共に、前記輪郭振動子からなる振動子ユニットと発振器とその発振器を搭載した電子機器と、それらの製造方法である。【選択図】図１
2005094733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動部と支持部とを備えて構成される輪郭振動子で、前記輪郭振動子はエッチング法により一体に形成され、前記振動部に溝が設けられ、前記溝とその溝に対抗して極性の異なる電極が配置されていることを特徴とする振動子。
【請求項２】
振動部と支持部とを備えて構成される輪郭モードで振動する輪郭水晶振動子で、前記輪郭水晶振動子は屈曲モードで振動する音叉型屈曲水晶振動子であって、前記音叉型屈曲水晶振動子の音叉腕は第１音叉腕と第２音叉腕とを備えて構成され、第１音叉腕の両側面に同極と成る電極が配置、接続され、第２音叉腕の両側面に同極と成る電極が配置、接続され、かつ、前記第１音叉腕の両側面の電極と前記第２音叉腕の両側面の電極とは極性が異なる電極で、前記音叉型屈曲水晶振動子の主振動である基本波モード振動の等価直列抵抗Ｒｎが、副振動である２次高調波モード振動の等価直列抵抗Ｒｆより小さく、さらに、基本波モード振動のメリット係数Ｍｎと２次高調波モード振動のメリット係数Ｍｆとの比（Ｍｎ／Ｍｆ）が２より大きく、かつ、メリット係数Ｍｆが３０より小さく、基本波モード振動と２次高調波モード振動の周波数安定係数Ｓｎ、ＳｆがそれぞれＳｎ＝ｒ１／２Ｑｎ２、Ｓｆ＝ｒｆ／２Ｑｆ２で与えられるとき、Ｓｎ＜Ｓｆの関係を有し、かつ、Ｓｆが０．１３×１０−６より大きく、音叉腕の中立線に対して、音叉の叉部側に位置する音叉腕の上下面の少なくとも一面に配置される電極と、音叉の叉部側に位置する音叉腕の内側側面の電極との、前記電極間の圧電定数ｅ′１２ｉと、音叉腕の中立線に対して、音叉の叉部側と反対に位置する音叉腕の上下面の少なくとも一面に配置される電極と、音叉の叉部側と反対に位置する音叉腕の外側側面の電極との、前記電極間の圧電定数ｅ′１２ｏとが０．０９５Ｃ／ｍ２から０．１９Ｃ／ｍ２の範囲内にあり、かつ、ｅ′１２ｉ、×ｅ′１２ｏ＞０の関係を有することを特徴とする請求項１に記載の振動子。
【請求項３】
輪郭水晶振動子は屈曲モードで振動する音叉腕と支持部を備えた音叉型屈曲水晶振動子であって、前記音叉腕の上下面に各々１個の溝が中立線を挟んで設けられ、前記溝は第１段差部と第２段差部を有し、圧電定数ｅ′１２ｉは中立線に対して音叉の叉部側に位置する第１段差部に配置される電極と、その電極に対抗して配置される音叉腕の側面の電極との前記電極間の圧電定数で、かつ、圧電定数ｅ′１２ｏは中立線に対して音叉の叉部側と反対に位置する第２段差部に配置される電極と、その電極に対抗して配置される音叉腕の側面の電極との前記電極間の圧電定数で、圧電定数ｅ′１２ｉと圧電定数ｅ′１２ｏとが０．１２Ｃ／ｍ２から０．１９Ｃ／ｍ２の範囲内にあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の振動子。
【請求項４】
振動部と支持部とを備えて構成された輪郭水晶振動子の周波数調整は、原子粒子及び／又は分子粒子、又はイオン粒子による、振動部の金属膜を飛散して周波数の調整をする粒子エッチング法及びスパッタリング法と、振動部の金属膜を飛散して周波数の調整をするレーザビーム法及び電子ビーム法と、振動部に金属膜を付着して周波数の調整をする蒸着法の内の少なくとも１つの方法によって行われ、かつ、前記輪郭水晶振動子の周波数調整は、少なくとも２回の別々の工程で行われ、前記少なくとも２回の周波数調整の工程は、輪郭水晶振動子が水晶ウエハに形成された後に水晶ウエハ内で周波数調整する工程と、輪郭水晶振動子を容器の固定部に固定した後に周波数調整する工程と、輪郭水晶振動子を収納したケースと蓋とを接合した後に周波数調整する工程と、ケース又は蓋が貫通孔を持つケースと蓋とを接合し、貫通孔を真空中で封止した後に周波数調整する工程の内から選択されることを特徴とする振動子の製造方法。
【請求項５】
振動子とケースと蓋とを備えて構成される振動子ユニットで、前記振動子は振動部と支持部とを備えて構成され、輪郭モードで振動する輪郭振動子で、前記輪郭振動子は表面実装型又は円筒型のケースと蓋とを備えて構成されるユニット内に収納され、振動部と支持部とを備えて構成される前記輪郭振動子の振動部に溝とその溝に電極が設けられ、かつ、前記溝の電極に対抗して極性の異なる対抗電極が配置されていて、前記輪郭振動子の外形形状と前記溝はエッチング法により形成され、前記輪郭振動子の主振動の等価直列抵抗Ｒｎが副振動の等価直列抵抗Ｒｆより小さく、さらに、主振動のメリット係数Ｍｎと副振動のメリット係数Ｍｆとのメリット係数比（Ｍｎ／Ｍｆ）が１．２５より大きく、かつ、メリット係数Ｍｆが２８より小さい輪郭振動子を備えていることを特徴とする振動子ユニット。
【請求項６】
振動部と接続部と支持部とを備えて構成され、輪郭モードで振動する輪郭水晶振動子と増幅器とキャパシタと抵抗素子とを備えて構成される水晶発振回路を備えた水晶発振器で、前記増幅器はＣＭＯＳインバータで構成され、前記輪郭水晶振動子は、長さ縦モードで振動する長さ縦水晶振動子と幅縦モードで振動する幅縦水晶振動子とラーメモードで振動するラーメ水晶振動子と主振動である幅縦モード振動と長さ縦モード振動が結合したＮＳ−ＧＴカット水晶振動の内の一つであって、前記輪郭水晶振動子の主振動のメリット係数Ｍｎと主振動と同じ振動モードを持つ副振動のメリット係数Ｍｆとのメリット係数比（Ｍｎ／Ｍｆ）が１．２５より大きく、かつ、メリット係数Ｍｆが２８より小さく、
振動部と接続部と支持部とを備えて構成される前記輪郭水晶振動子は、エッチング法により一体に形成され、前記輪郭水晶振動子の主振動の等価直列抵抗Ｒｎが、主振動と同じ振動モードを持つ副振動の等価直列抵抗Ｒｆより小さい輪郭水晶振動子を備えて水晶発振回路は構成されると共に、前記水晶発振回路はＣＭＯＳインバータと帰還抵抗を備えた増幅回路と、ドレイン抵抗とキャパシタと輪郭水晶振動子とを備えた帰還回路とを備えて構成され、前記水晶発振回路の増幅回路の主振動の負性抵抗の絶対値｜−ＲＬｎ｜と主振動の等価直列抵抗Ｒｎとの比が、増幅回路の主振動と同じ振動モードを持つ副振動の負性抵抗の絶対値｜−ＲＬｆ｜と前記副振動の等価直列抵抗Ｒｆとの比より大きくなるように水晶発振回路は構成されていることを特徴とする発振器。
【請求項７】
振動子と増幅器とキャパシタと抵抗素子とを備えて構成される発振回路を備えた発振器で、前記増幅器はＣＭＯＳインバータで構成され、前記振動子は振動部と支持部とを備えて構成される音叉型屈曲水晶振動子で、前記音叉型屈曲水晶振動子は主振動である基本波モード振動と、副振動である２次高調波モード振動を備えた屈曲モードで振動する音叉型屈曲水晶振動子であって、前記音叉型屈曲水晶振動子はケースと蓋から成る振動子ユニットに収納されていて、
前記音叉型屈曲水晶振動子を備えて構成される水晶発振回路は、ＣＭＯＳインバータと帰還抵抗からなる増幅回路と、ドレイン抵抗とキャパシタと音叉型屈曲水晶振動子からなる帰還回路とを備えて構成され、前記水晶発振回路の増幅回路の主振動である基本波モード振動の負性抵抗の絶対値｜−ＲＬｎ｜と基本波モード振動の等価直列抵抗Ｒｎとの比が、増幅回路の副振動である２次高調波モードの負性抵抗の絶対値｜−ＲＬｆ｜と２次高調波モード振動の等価直列抵抗Ｒｆとの比より大きく、前記水晶発振回路から出力される出力信号は、基本波モード振動の発振周波数で、かつ、前記発振周波数が３２．７６８ｋＨｚの周波数に対して、−１００ＰＰＭから＋１００ＰＰＭの範囲内にあり、
振動部と支持部とを備えて構成される前記音叉型屈曲水晶振動子は、エッチング法により一体に形成され、前記音叉型屈曲水晶振動子の音叉腕は、第１音叉腕と第２音叉腕を備えて構成され、第１音叉腕の両側面に同極と成る電極が配置、接続され、第２音叉腕の両側面に同極と成る電極が配置、接続され、かつ、前記第１音叉腕の両側面の電極と前記第２音叉腕の両側面の電極とは極性が異なる電極で、前記音叉型屈曲水晶振動子の主振動である基本波モード振動の等価直列抵抗Ｒｎが、副振動である２次高調波モード振動の等価直列抵抗Ｒｆより小さく、基本波モード振動のメリット係数Ｍｎと２次高調波モード振動のメリット係数Ｍｆとの比（Ｍｎ／Ｍｆ）が２より大きく、かつ、メリット係数Ｍｆが３０より小さく、基本波モード振動と２次高調波モード振動の周波数安定係数Ｓｎ、ＳｆがそれぞれＳｎ＝ｒ１／２Ｑｎ２、Ｓｆ＝ｒｆ／２Ｑｆ２で与えられるとき、Ｓｎ＜Ｓｆの関係を有し、かつ、Ｓｆが０．１３×１０−６より大きく、音叉腕の中立線に対して、音叉の叉部側に位置する音叉腕の上下面の少なくとも一面に配置される電極と、音叉の叉部側に位置する音叉腕の内側側面の電極との、前記電極間の圧電定数ｅ′１２ｉと、音叉腕の中立線に対して、音叉の叉部側と反対に位置する音叉腕の上下面の少なくとも一面に配置される電極と、音叉の叉部側と反対に位置する音叉腕の外側側面の電極との、前記電極間の圧電定数ｅ′１２ｏとが０．０９５Ｃ／ｍ２から０．１９Ｃ／ｍ２の範囲内にあり、かつ、ｅ′１２ｉ×ｅ′１２ｏ＞０の関係を有する音叉型屈曲水晶振動子を備えて水晶発振回路が構成されることを特徴とする発振器。
【請求項８】
音叉腕の上下面に各々１個の溝が中立線を挟んで設けられ、前記溝は第１段差部と第２段差部を有し、中立線に対して、音叉の叉部側に位置する第１段差部に配置される電極と、その電極に対抗して配置される音叉腕の側面の電極との前記電極間の圧電定数ｅ′１２ｉの絶対値と、中立線に対して、音叉の叉部側と反対に位置する第２段差部に配置される電極と、その電極に対抗して配置される音叉腕の側面の電極との前記電極間の圧電定数ｅ′１２ｏの絶対値とが、０．１２Ｃ／ｍ２から０．１９Ｃ／ｍ２の範囲内にあることを特徴とする請求項７に記載の発振器。
【請求項９】
少なくとも表示部と発振器を備えて構成される電子機器で、前記電子機器は少なくとも２個の発振器を備えて構成されると共に、各発振器は発振回路を備えて構成され、１個の発振回路は、振動部と支持部とを備えて構成される音叉型屈曲水晶振動子とＣＭＯＳインバータとキャパシタと抵抗とを備えて構成され、他の１個の発振器は、輪郭水晶振動子、又は厚みすべり水晶振動子、又はＳＡＷ振動子、又は角速度センサと増幅器とキャパシタと抵抗とを備えて構成されていて、
前記音叉型屈曲水晶振動子は主振動である基本波モード振動と、副振動である２次高調波モード振動を備えた屈曲モードで振動する音叉型屈曲水晶振動子であって、前記音叉型屈曲水晶振動子はケースと蓋から成る振動子ユニットに収納されていて、
前記音叉型屈曲水晶振動子を備えて構成される水晶発振回路は、ＣＭＯＳインバータと帰還抵抗からなる増幅回路と、ドレイン抵抗とキャパシタと音叉型屈曲水晶振動子からなる帰還回路とを備えて構成され、前記水晶発振回路の増幅回路の主振動である基本波モード振動の負性抵抗の絶対値｜−ＲＬｎ｜と基本波モード振動の等価直列抵抗Ｒｎとの比が、増幅回路の副振動である２次高調波モードの負性抵抗の絶対値｜−ＲＬｆ｜と２次高調波モード振動の等価直列抵抗Ｒｆとの比より大きく、前記水晶発振回路から出力される出力信号は、基本波モード振動の発振周波数で、かつ、前記発振周波数が３２．７６８ｋＨｚの周波数に対して、−１００ＰＰＭから＋１００ＰＰＭの範囲内にあり、
前記音叉型屈曲水品振動子の振動部である音叉腕の中立線に対して、音叉の叉部側に位置する音叉腕の上下面の少なくとも一面に配置される電極と、音叉の叉部側に位置する音叉腕の内側側面の電極との、前記電極間の圧電定数ｅ′１２ｉと、前記音叉腕の中立線に対して、音叉の叉部側と反対に位置する音叉腕の上下面の少なくとも一面に配置される電極と、音叉の叉部側と反対に位置する音叉腕の外側側面の電極との、前記電極間の圧電定数ｅ′１２ｏとが０．０９５Ｃ／ｍ２から０．１９Ｃ／ｍ２の範囲内にあり、かつ、ｅ′１２ｉ×ｅ′１２ｏ＞０の関係を有し、
前記音叉型屈曲水晶振動子の主振動である基本波モード振動の等価直列抵抗Ｒｎが、副振動である２次高調波モード振動の等価直列抵抗Ｒｆより小さく、さらに、基本波モード振動のメリット係数Ｍｎと２次高調波モード振動のメリット係数Ｍｆとの比（Ｍｎ／Ｍｆ）が２より大きい音叉型屈曲水晶振動子を備えて前記１個の水晶発振回路は構成され、前記水晶発振回路から出力される、基本波モード振動の発振周波数である出力信号を電子機器の基準信号源として用いることを特徴とする電子機器。
【請求項１０】
基本波モード振動と２次高調波モード振動の周波数安定係数Ｓｎ、ＳｆがそれぞれＳｎ＝ｒ１／２Ｑｎ２、Ｓｆ＝ｒｆ／２Ｑｆ２で与えられるとき、Ｓｎ＜Ｓｆの関係を有し、かつ、Ｓｆが０．１３×１０−６より大きい音叉型屈曲水晶振動子を備えて水晶発振回路は構成されていることを特徴とする請求項９に記載の電子機器。
【請求項１１】
少なくとも表示部と発振器を備えて構成される電子機器で、前記電子機器は少なくとも２個の発振器を備えて構成されると共に、各発振器は発振回路を備えて構成され、１個の発振回路は、振動部と支持部とを備えて構成される音叉型屈曲水晶振動子とＣＭＯＳインバータとキャパシタと抵抗とを備えて構成され、他の１個の発振器は、輪郭水晶振動子、又は厚みすべり水晶振動子、又はＳＡＷ振動子、又は角速度センサと増幅器とキャパシタと抵抗とを備えて構成されていて、
前記音叉型屈曲水晶振動子は主振動である基本波モード振動と、副振動である２次高調波モード振動を備えた屈曲モードで振動する音叉型屈曲水晶振動子であって、前記音叉型屈曲水晶振動子はケースと蓋から成る振動子ユニットに収納されていて、
前記音叉型屈曲水晶振動子を備えて構成される水晶発振回路は、ＣＭＯＳインバータと帰還抵抗からなる増幅回路と、ドレイン抵抗とキャパシタと音叉型屈曲水晶振動子からなる帰還回路とを備えて構成され、前記水晶発振回路の増幅回路の主振動である基本波モード振動の負性抵抗の絶対値｜−ＲＬｎ｜と基本波モード振動の等価直列抵抗Ｒｎとの比が、増幅回路の副振動である２次高調波モードの負性抵抗の絶対値｜−ＲＬｆ｜と２次高調波モード振動の等価直列抵抗Ｒｆとの比より大きく、前記水晶発振回路から出力される出力信号は、基本波モード振動の発振周波数で、かつ、前記発振周波数が３２．７６８ｋＨｚの周波数に対して、−１００ＰＰＭから＋１００ＰＰＭの範囲内にあり、
前記音叉型屈曲水晶振動子の振動部である音叉腕の上下面に、各々１個の溝が中立線を挟んで設けられ、前記溝は第１段差部と第２段差部を有し、中立線に対して音叉の叉部側に位置する第１段差部に配置される電極と、その電極に対抗して配置される音叉腕の側面の電極との前記電極間の圧電定数ｅ′１２ｉの絶対値と、中立線に対して音叉の叉部側と反対に位置する第２段差部に配置される電極と、その電極に対抗して配置される音叉腕の側面の電極との前記電極間の圧電定数ｅ′１２ｏの絶対値とが、０．０９５Ｃ／ｍ２から０．１９Ｃ／ｍ２の範囲内に、かつ、ｅ′１２ｉ×ｅ′１２ｏ＞０の関係を有し、
前記音叉型屈曲水晶振動子の主振動である基本波モード振動の等価直列抵抗Ｒｎが、副振動である２次高調波モード振動の等価直列抵抗Ｒｆより小さく、さらに、基本波モード振動のメリット係数Ｍｎと２次高調波モード振動のメリット係数Ｍｆとの比（Ｍｎ／Ｍｆ）が２より大きく、基本波モード振動と２次高調波モード振動の周波数安定係数Ｓｎ、ＳｆがそれぞれＳｎ＝ｒ１／２Ｑｎ２、Ｓｆ＝ｒｆ／２Ｑｆ２で与えられるとき、Ｓｎ＜Ｓｆの関係を有し、かつ、Ｓｆが０．１３×１０−６より大きい音叉型屈曲水晶振動子を備えて前記１個の水晶発振回路は構成され、前記水晶発振回路から出力される、基本波モード振動の発振周波数である出力信号を電子機器の基準信号源として用いることを特徴とする電子機器。
【請求項１２】
音叉腕の中立線に対して、音叉の叉部側に位置する音叉腕の上下面の少なくとも一面に配置される電極と、前記第１段差部の電極とが接続され、音叉腕の中立線に対して、音叉の叉部側と反対に位置する音叉腕の上下面の少なくとも一面に配置される電極と、前記第２段差部の電極とが接続され、圧電定数ｅ′１２ｉの絶対値と圧電定数ｅ′１２ｏの絶対値とが、０．１２Ｃ／ｍ２から０．１９Ｃ／ｍ２の範囲内にあることを特徴とする請求項１１に記載の電子機器。
【請求項１３】
副振動である２次高調波モード振動のメリット係数Ｍｆが３０より小さいことを特徴とする請求項９から請求項１２のいずれかに記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は高い電気機械変換効率を有する振動子、例えば、輪郭モードで振動する輪郭振動子（例えば、圧電振動子で、材料が水晶からなる長さ縦水晶振動子、幅縦モードと長さ縦モードが結合したＮＳ−ＧＴカット水晶振動子、屈曲水晶振動子、ラーメ水晶振動子、幅縦水晶振動子）とそれを備えた振動子ユニットと発振器と電子機器に関する。特に、小型化、高精度、耐衝撃性、低廉化などの要求の強い携帯機器、情報通信機器、計測機器、及び民生機器等の電子機器の基準信号源として最適な新カット、新電極構成の輪郭振動子とそれを備えた振動子ユニットとその振動子ユニットを備えた発振器と、少なくともその発振器と表示部を備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】  例えば、輪郭振動子の従来の技術としては、水晶を用いた２つの振動モードからなる、即ち、幅縦モード振動と長さ縦モード振動が結合したＮＳ−ＧＴカット幅・長さ縦結合水晶振動子がよく知られている。ＮＳ−ＧＴカット結合水晶振動子では、振動部の面積が大きい程（低周波数）等価直列抵抗Ｒ１が小さくなり、品質係数Ｑ値が大きくなる。しかしながら２つの振動モードが結合した、ＮＳ−ＧＴカット結合水晶振動子は、それらの周波数はそれぞれ幅Ｗと長さＬに反比例し、且つ、周波数温度特性が幅Ｗと長さＬの比、いわゆる辺比Ｗ／Ｌによって決定され、更に、周波数温度特性が良好となる辺比Ｗ／Ｌ≒０．９５となるので、小型化（高周波数化）しようとすると、振動部の面積が小さくなる。そのため、電気機械変換効率が小さくなり、その結果、等価直列抵抗Ｒ１が大きくなり、品質係数Ｑ値が小さくなるなどの課題が残された。また、他の輪郭水晶振動子の一つであるラーメ水晶振動子では、小型化したラーメ水晶振動子をケース等の固定部に固定すると振動部のエネルギー損失が大きくなると言う問題があった。これらの問題は振動子の小型化に於いて大きな障害となる。即ち、Ｒ１が小さく、Ｑ値が大きく、小型及び／又は、高周波数の水晶振動子が実現できないという問題があった。同時に、その振動子を用いた水晶ユニットと水晶発振器の特性が良くないという問題もあった。
【特許文献１】再表００／０４４０９２（国際公開第００／４４０９２）
【特許文献２】再表９８／０３１１０４（国際公開番号ＷＯ９８／３１１０４）
【特許文献３】特開昭５６−６５５１７
【特許文献４】特開昭５３−１３６９９０
【特許文献５】特開２０００−２２３９９２
【特許文献６】特開２００１−２２１６３８
【特許文献７】特開昭５７−１７１８１８
【特許文献８】特開昭５３−１３６９９０
【非特許文献１】「水晶振動子とその応用デバイス」電子情報通信学会論文誌Ｃ−ＩＶｏｌ．Ｊ８２−Ｃ−ＩＮｏ．１２ｐｐ．６６７−６８２  １９９９年１２月
【非特許文献２】「２軸回転ラーメモード圧電振動子のエネルギー法による解析」電子情報通信学会論文誌ＡＶｏｌ．Ｊ７９−ＡＮｏ．６ｐｐ．１１５７−１１６４  １９９６年６月
【非特許文献３】「Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｓ−ＴＣＸＯ’ｓ  Ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ  ＮＳ−ＧＴ  Ｃｕｔ  Ｑｕａｒｔｚ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ」、１９９３  ＩＥＥＥ  ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ  ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ  ｐｐ．６７０−６７８，１９９３年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  解決しようとする問題点は、輪郭振動子の電気機械変換効率が悪く、等価直列抵抗Ｒ１が大きく、品質係数Ｑ値が小さくなり、かつ、高周波数化が難しいという点である。同時に、前記振動子を用いた振動子ユニットと発振器の特性が良くない点である。その結果、前記輪郭振動子を用いた電子機器が正常に動作しないという課題があった。このようなことから、超小型で、等価直列抵抗Ｒ１が小さく、品質係数Ｑ値が高くなるような新カットで、電気機械変換効率が高くなる電極構成と形状から成る輪郭振動子とそれを備えた振動子ユニットと発振器とその発振器を備えた電子機器が所望されていた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  本発明は、以下の方法で従来の課題を有利に解決した輪郭振動子とそれを具えた振動子ユニットと発振器を提供することを目的とするものである。【０００５】  即ち、本発明の振動子の第１の態様は、振動部と支持部とを備えて構成される輪郭振動子で、前記輪郭振動子はエッチング法により一体に形成され、前記振動部に溝が設けられ、前記溝とその溝に対抗して極性の異なる電極が配置されている振動子である。
本発明の振動子の第２の態様は、振動部と支持部とを備えて構成される輪郭モードで振動する輪郭水晶振動子で、前記輪郭水晶振動子は屈曲モードで振動する音叉型屈曲水晶振動子であって、前記音叉型屈曲水晶振動子は第１音叉腕と第２音叉腕を備えて構成され、第１音叉腕の両側面に同極と成る電極が配置、接続され、第２音叉腕の両側面に同極と成る電極が配置、接続され、かつ、前記第１音叉腕の両側面の電極と前記第２音叉腕の両側面の電極とは極性が異なる電極で、前記音叉型屈曲水晶振動子の主振動である基本波モード振動の等価直列抵抗Ｒｎが、副振動である２次高調波モード振動の等価直列抵抗Ｒｆより小さく、さらに、基本波モード振動のメリット係数Ｍｎと２次高調波モード振動のメリット係数Ｍｆとの比（Ｍｎ／Ｍｆ）が２より大きく、かつ、メリット係数Ｍｆが３０より小さく、基本波モード振動と２次高調波モード振動の周波数安定係数Ｓｎ、ＳｆがそれぞれＳｎ＝ｒ１／２Ｑｎ２、Ｓｆ＝ｒｆ／２Ｑｆ２で与えられるとき、Ｓｎ＜Ｓｆの関係を有し、かつ、Ｓｆが０．１３×１０−６より大きく、音叉腕の中立線に対して、音叉の叉部側に位置する音叉腕の上下面の少なくとも一面に配置される電極と、音叉の叉部側に位置する音叉腕の内側側面の電極との、前記電極間の圧電定数ｅ′１２ｉと、音叉腕の中立線に対して、音叉の叉部側と反対に位置する音叉腕の上下面の少なくとも一面に配置される電極と、音叉の叉部側と反対に位置する音叉腕の外側側面の電極との、前記電極間の圧電定数ｅ′１２ｏとが０．０９５Ｃ／ｍ２から０．１９Ｃ／ｍ２の範囲内にあり、かつ、ｅ′１２ｉ×ｅ′１２ｏ＞０の関係を有する第１の態様に記載の振動子である。
本発明の振動子の第３の態様は、輪郭水晶振動子は屈曲モードで振動する音叉腕と支持部を備えた音叉型屈曲水晶振動子であって、前記音叉腕の上下面に各々１個の溝が中立線を挟んで設けられ、前記溝は第１段差部と第２段差部を有し、圧電定数ｅ′１２ｉは中立線に対して音叉の叉部側に位置する第１段差部に配置される電極と、その電極に対抗して配置される音叉腕の側面の電極との前記電極間の圧電定数で、かつ、圧電定数ｅ′１２ｏは中立線に対して音叉の叉部側と反対に位置する第２段差部に配置される電極と、その電極に対抗して配置される音叉腕の側面の電極との前記電極間の圧電定数で、圧電定数ｅ′１２ｉと圧電定数ｅ′１２ｏとが０．１２Ｃ／ｍ２から０．１９Ｃ／ｍ２の範囲内にある第１の態様又は第２の態様に記載の振動子である。
本発明の振動子の製造方法の第１の態様は、振動部と支持部とを備えて構成された輪郭水晶振動子の周波数調整は、原子粒子及び／又は分子粒子、又はイオン粒子による、振動部の金属膜を飛散して周波数の調整をする粒子エッチング法及びスパッタリング法と、振動部の金属膜を飛散して周波数の調整をするレーザビーム法及び電子ビーム法と、振動部に金属膜を付着して周波数の調整をする蒸着法の内の少なくとも１つの方法によって行われ、かっ、前記輪郭水晶振動子の周波数調整は、少なくとも２回の別々の工程で行われ、前記少なくとも２回の周波数調整の工程は、輪郭水晶振動子が水晶ウエハに形成された後に水晶ウエハ内で周波数調整する工程と、輪郭水晶振動子を容器の固定部に固定した後に周波数調整する工程と、輪郭水晶振動子を収納したケースと蓋とを接合した後に周波数調整する工程と、ケース又は蓋が貫通孔を持つケースと蓋とを接合し、貫通孔を真空中で封止した後に周波数調整する工程の内から選択される振動子の製造方法である。
本発明の振動子ユニットの第１の態様は、振動子とケースと蓋とを備えて構成される振動子ユニットで、前記振動子は振動部と支持部とを備えて構成され、輪郭モードで振動する輪郭振動子で、前記輪郭振動子は表面実装型又は円筒型のケースと蓋とを備えて構成されるユニット内に収納され、振動部と支持部とを備えて構成される前記輪郭振動子の振動部に溝とその溝に電極が設けられ、かつ、前記溝の電極に対抗して極性の異なる対抗電極が配置されていて、前記輪郭振動子の外形形状と前記溝はエッチング法により形成され、前記輪郭振動子の主振動の等価直列抵抗Ｒｎが副振動の等価直列抵抗Ｒｆより小さく、さらに、主振動のメリット係数Ｍｎと副振動のメリット係数Ｍｆとのメリット係数比（Ｍｎ／Ｍｆ）が１．２５より大きく、かつ、メリット係数Ｍｆが２８より小さい輪郭振動子を備えている振動子ユニットである。
本発明の発振器の第１の態様は、振動部と接続部と支持部とを備えて構成され、輪郭モードで振動する輪郭水晶振動子と増幅器とキャパシタと抵抗素子とを備えて構成される水晶発振回路を備えた水晶発振器で、前記増幅器はＣＭＯＳインバータで構成され、前記輪郭水晶振動子は、長さ縦モードで振動する長さ縦水晶振動子と幅縦モードで振動する幅縦水晶振動子とラーメモードで振動するラーメ水晶振動子と主振動である幅縦モード振動と長さ縦モード振動が結合したＮＳ−ＧＴカット水晶振動の内の一つであって、前記輪郭水晶振動子の主振動のメリット係数Ｍｎと主振動と同じ振動モードを持つ副振動のメリット係数Ｍｆとのメリット係数比（Ｍｎ／Ｍｆ）が１．２５より大きく、かつ、メリット係数Ｍｆが２８より小さく、振動部と接続部と支持部とを備えて構成される前記輪郭水晶振動子は、エッチング法により一体に形成され、前記輪郭水晶振動子の主振動の等価直列抵抗Ｒｎが、主振動と同じ振動モードを持つ副振動の等価直列抵抗Ｒｆより小さい輪郭水晶振動子を備えて水晶発振回路は構成されると共に、前記水晶発振回路はＣＭＯＳインバータと帰還抵抗を備えた増幅回路と、ドレイン抵抗とキャパシタと輪郭水晶振動子とを備えた帰還回路とを備えて構成され、前記水晶発振回路の増幅回路の主振動の負性抵抗の絶対値｜−ＲＬｎ｜と主振動の等価直列抵抗Ｒｎとの比が、増幅回路の主振動と同じ振動モードを持つ副振動の負性抵抗の絶対値｜−ＲＬｆ｜と前記副振動の等価直列抵抗Ｒｆとの比より大きくなるように水晶発振回路は構成されている発振器である。
本発明の発振器の第２の態様は、振動子と増幅器とキャパシタと抵抗素子とを備えて構成される発振回路を備えた発振器で、前記増幅器はＣＭＯＳインバータで構成され、前記振動子は振動部と支持部とを備えて構成される音叉型屈曲水晶振動子で、前記音叉型屈曲水晶振動子は主振動である基本波モード振動と、副振動である２次高調波モード振動を備えた屈曲モードで振動する音叉型屈曲水晶振動子であって、前記音叉型屈曲水晶振動子はケースと蓋から成る振動子ユニットに収納されていて、前記音叉型屈曲水晶振動子を備えて構成される水晶発振回路は、ＣＭＯＳインバータと帰還抵抗からなる増幅回路と、ドレイン抵抗とキャパシタと音叉型屈曲水晶振動子からなる帰還回路とを備えて構成され、前記水晶発振回路の増幅回路の主振動である基本波モード振動の負性抵抗の絶対値｜−ＲＬｎ｜と基本波モード振動の等価直列抵抗Ｒｎとの比が、増幅回路の副振動である２次高調波モードの負性抵抗の絶対値｜−ＲＬｆ｜と２次高調波モード振動の等価直列抵抗Ｒｆとの比より大きく、前記水晶発振回路から出力される出力信号は、基本波モード振動の発振周波数で、かつ、前記発振周波数が３２．７６８ｋＨｚの周波数に対して、−１００ＰＰＭから＋１００ＰＰＭの範囲内にあり、振動部と支持部とを備えて構成される前記音叉型屈曲水晶振動子は、エッチング法により一体に形成され、前記音叉型屈曲水晶振動子の音叉腕は、第１音叉腕と第２音叉腕を備えて構成され、第１音叉腕の両側面に同極と成る電極が配置、接続され、第２音叉腕の両側面に同極と成る電極が配置、接続され、かつ、前記第１音叉腕の両側面の電極と前記第２音叉腕の両側面の電極とは極性が異なる電極で、前記音叉型屈曲水晶振動子の主振動である基本波モード振動の等価直列抵抗Ｒｎが、副振動である２次高調波モード振動の等価直列抵抗Ｒｆより小さく、基本波モード振動のメリット係数Ｍｎと２次高調波モード振動のメリット係数Ｍｆとの比（Ｍｎ／Ｍｆ）が２より大きく、かつ、メリット係数Ｍｆが３０より小さく、基本波モード振動と２次高調波モード振動の周波数安定係数Ｓｎ、ＳｆがそれぞれＳｎ＝ｒ１／２Ｑｎ２、Ｓｆ＝ｒｆ／２Ｑｆ２で与えられるとき、Ｓｎ＜Ｓｆの関係を有し、かつ、Ｓｆが０．１３×１０−６より大きく、音叉腕の中立線に対して、音叉の叉部側に位置する音叉腕の上下面の少なくとも一面に配置される電極と、音叉の叉部側に位置する音叉腕の内側側面の電極との、前記電極間の圧電定数ｅ′１２ｉと、音叉腕の中立線に対して、音叉の叉部側と反対に位置する音叉腕の上下面の少なくとも一面に配置される電極と、音叉の叉部側と反対に位置する音叉腕の外側側面の電極との、前記電極間の圧電定数ｅ′１２ｏとが０．０９５Ｃ／ｍ２から０．１９Ｃ／ｍ２の範囲内にあり、かつ、ｅ′１２ｉ×ｅ′１２ｏ＞０の関係を有する音叉型屈曲水晶振動子を備えて水晶発振回路が構成される発振器である。
本発明の発振器の第３の態様は、音叉腕の上下面に各々１個の溝が中立線を挟んで設けられ、前記溝は第１段差部と第２段差部を有し、中立線に対して、音叉の叉部側に位置する第１段差部に配置される電極と、その電極に対抗して配置される音叉腕の側面の電極との前記電極間の圧電定数ｅ′１２ｉの絶対値と、中立線に対して、音叉の叉部側と反対に位置する第２段差部に配置される電極と、その電極に対抗して配置される音叉腕の側面の電極との前記電極間の圧電定数ｅ′１２ｏの絶対値とが、０．１２Ｃ／ｍ２から０．１９Ｃ／ｍ２の範囲内にある第２の態様に記載の発振器である。
本発明の電子機器の第１の態様は、少なくとも表示部と発振器を備えて構成される電子機器で、前記電子機器は少なくとも２個の発振器を備えて構成されると共に、各発振器は発振回路を備えて構成され、１個の発振回路は、振動部と支持部とを備えて構成される音叉型屈曲水晶振動子とＣＭＯＳインバータとキャパシタと抵抗とを備えて構成され、他の１個の発振器は、輪郭水晶振動子、又は厚みすべり水晶振動子、又はＳＡＷ振動子、又は角速度センサと増幅器とキャパシタと抵抗とを備えて構成されていて、前記音叉型屈曲水晶振動子は主振動である基本波モード振動と、副振動である２次高調波モード振動を備えた屈曲モードで振動する音叉型屈曲水晶振動子であって、前記音叉型屈曲水晶振動子はケースと蓋から成る振動子ユニットに収納されていて、前記音叉型屈曲水晶振動子を備えて構成される水晶発振回路は、ＣＭＯＳインバータと帰還抵抗からなる増幅回路と、ドレイン抵抗とキャパシタと音叉型屈曲水晶振動子からなる帰還回路とを備えて構成され、前記水晶発振回路の増幅回路の主振動である基本波モード振動の負性抵抗の絶対値｜−ＲＬｎ｜と基本波モード振動の等価直列抵抗Ｒｎとの比が、増幅回路の副振動である２次高調波モードの負性抵抗の絶対値｜−ＲＬｆ｜と２次高調波モード振動の等価直列抵抗Ｒｆとの比より大きく、前記水晶発振回路から出力される出力信号は、基本波モード振動の発振周波数で、かつ、前記発振周波数が３２．７６８ｋＨｚの周波数に対して、−１００ＰＰＭから＋１００ＰＰＭの範囲内にあり、前記音叉型屈曲水晶振動子の振動部である音叉腕の中立線に対して、音叉の叉部側に位置する音叉腕の上下面の少なくとも一面に配置される電極と、音叉の叉部側に位置する音叉腕の内側側面の電極との、前記電極間の圧電定数ｅ′１２ｉと、前記音叉腕の中立線に対して、音叉の叉部側と反対に位置する音叉腕の上下面の少なくとも一面に配置される電極と、音叉の叉部側と反対に位置する音叉腕の外側側面の電極との、前記電極間の圧電定数ｅ′１２ｏとが０．０９５Ｃ／ｍ２から０．１９Ｃ／ｍ２の範囲内にあり、かつ、ｅ′１２ｉ×ｅ′１２ｏ＞０の関係を有し、前記音叉型屈曲水晶振動子の主振動である基本波モード振動の等価直列抵抗Ｒｎが、副振動である２次高調波モード振動の等価直列抵抗Ｒｆより小さく、さらに、基本波モード振動のメリット係数Ｍｎと２次高調波モード振動のメリット係数Ｍｆとの比（Ｍｎ／Ｍｆ）が２より大きい音叉型屈曲水晶振動子を備えて前記１個の水晶発振回路は構成され、前記水晶発振回路から出力される、基本波モード振動の発振周波数である出力信号を電子機器の基準信号源として用いる電子機器である。
本発明の電子機器の第２の態様は、基本波モード振動と２次高調波モード振動の周波数安定係数Ｓｎ、ＳｆがそれぞれＳｎ＝ｒ１／２Ｑｎ２、Ｓｆ＝ｒｆ／２Ｑｆ２で与えられるとき、Ｓｎ＜Ｓｆの関係を有し、かつ、Ｓｆが０．１３×１０−６より大きい音叉型屈曲水晶振動子を備えて水晶発振回路は構成されている第１の態様に記載の電子機器である。
本発明の電子機器の第３の態様は、少なくとも表示部と発振器を備えて構成される電子機器で、前記電子機器は少なくとも２個の発振器を備えて構成されると共に、各発振器は発振回路を備えて構成され、１個の発振回路は、振動部と支持部とを備えて構成される音叉型屈曲水晶振動子とＣＭＯＳインバータとキャパシタと抵抗とを備えて構成され、他の１個の発振器は、輪郭水晶振動子、又は厚みすべり水晶振動子、又はＳＡＷ振動子、又は角速度センサと増幅器とキャパシタと抵抗とを備えて構成されていて、前記音叉型屈曲水晶振動子は主振動である基本波モード振動と、副振動である２次高調波モード振動を備えた屈曲モードで振動する音叉型屈曲水晶振動子であって、前記音叉型屈曲水晶振動子はケースと蓋から成る振動子ユニットに収納されていて、前記音叉型屈曲水晶振動子を備えて構成される水晶発振回路は、ＣＭＯＳインバータと帰還抵抗からなる増幅回路と、ドレイン抵抗とキャパシタと音叉型屈曲水晶振動子からなる帰還回路とを備えて構成され、前記水晶発振回路の増幅回路の主振動である基本波モード振動の負性抵抗の絶対値｜−ＲＬｎ｜と基本波モード振動の等価直列抵抗Ｒｎとの比が、増幅回路の副振動である２次高調波モードの負性抵抗の絶対値｜−ＲＬｆ｜と２次高調波モード振動の等価直列抵抗Ｒｆとの比より大きく、前記水晶発振回路から出力される出力信号は、基本波モード振動の発振周波数で、かつ、前記発振周波数が３２．７６８ｋＨｚの周波数に対して、−１００ＰＰＭから＋１００ＰＰＭの範囲内にあり、前記音叉型屈曲水晶振動子の振動部である音叉腕の上下面に、各々１個の溝が中立線を挟んで設けられ、前記溝は第１段差部と第２段差部を有し、中立線に対して音叉の叉部側に位置する第１段差部に配置される電極と、その電極に対抗して配置される音叉腕の側面の電極との前記電極間の圧電定数ｅ′１２ｉの絶対値と、中立線に対して音叉の叉部側と反対に位置する第２段差部に配置される電極と、その電極に対抗して配置される音叉腕の側面の電極との前記電極間の圧電定数ｅ′１２ｏの絶対値とが、０．０９５Ｃ／ｍ２から０．１９Ｃ／ｍ２の範囲内に、かつ、ｅ′１２ｉ×ｅ′１２ｏ＞０の関係を有し、前記音叉型屈曲水晶振動子の主振動である基本波モード振動の等価直列抵抗Ｒｎが、副振動である２次高調波モード振動の等価直列抵抗Ｒｆより小さく、さらに、基本波モード振動のメリット係数Ｍｎと２次高調波モード振動のメリット係数Ｍｆとの比（Ｍｎ／Ｍｆ）が２より大きく、基本波モード振動と２次高調波モード振動の周波数安定係数Ｓｎ、ＳｆがそれぞれＳｎ＝ｒ１／２Ｑｎ２、Ｓｆ＝ｒｆ／２Ｑｆ２で与えられるとき、Ｓｎ＜Ｓｆの関係を有し、かつ、Ｓｆが０．１３×１０−６より大きい音叉型屈曲水晶振動子を備えて前記１個の水晶発振回路は構成され、前記水晶発振回路から出力される、基本波モード振動の発振周波数である出力信号を電子機器の基準信号源として用いる電子機器である。
本発明の電子機器の第４の態様は、音叉腕の中立線に対して、音叉の叉部側に位置する音叉腕の上下面の少なくとも一面に配置される電極と、前記第１段差部の電極とが接続され、音叉腕の中立線に対して、音叉の叉部側と反対に位置する音叉腕の上下面の少なくとも一面に配置される電極と、前記第２段差部の電極とが接続され、圧電定数ｅ′１２ｉの絶対値と圧電定数ｅ′１２ｏの絶対値とが、０．１２Ｃ／ｍ２から０．１９Ｃ／ｍ２の範囲内にある第３の態様に記載の電子機器である。
本発明の電子機器の第５の態様は、副振動である２次高調波モード振動のメリット係数Ｍｆが３０より小さい第１の態様から第４の態様のいずれかに記載の電子機器である。
【発明の効果】
【０００６】  このように、本発明は輪郭振動子とそれを備えた振動子ユニットと発振器で、特に、振動子のカット角と電極配置と形状と加工法により、高い電気機械変換効率を有する輪郭振動子が得られる。その結果、主振動の等価直列抵抗Ｒｎの小さい、品質係数Ｑ値の高い、超小型の輪郭振動子とそれを備えた振動子ユニットと発振器が得られる。それ故、本振動子を用いることにより正常に動作する電子機器が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】  以下、本発明の実施例を図面に基づき具体的に述べる。
【実施例１の振動子】
【０００８】  図１は本発明の実施例１の振動子で、輪郭モードで振動する輪郭水晶振動子の一つである、幅縦モード振動と長さ縦モード振動とが結合したＮＳ−ＧＴカット幅・長さ縦結合水晶振動子（以下、ＮＳ−ＧＴカット水晶振動子という）の上面図（ａ）と下面図（ｂ）である。また、図２の（ａ）は、図１の振動部１１のＡ−Ａ′断面図である。図１において、ＮＳ−ＧＴカット水晶振動子１０は振動部１１、接続部１２、１３と支持部１４、１５を備えて構成され、支持部１４は接続部１２を介して振動部１１に接続され、かつ、支持部１５は接続部１３を介して振動部１１に接続されている。また、支持部１４、１５はそれぞれマウント部１６、１７と貫通孔１４ａ、１５ａを備えている。更に、振動部１１の上面には溝１８が、下面には溝１９が対抗して設けられていて、溝１８、１９には、電極１８ａ、１９ａが厚みの方向に対抗して極性の異なる電極が配置されている。振動部１１の電極１８ａは接続部１３を介してマウント部１７にまで延在して配置されている。これに対して、振動部１１の電極１９ａも同様に接続部１２を介してマウント部１６にまで延在して配置されている。電極１８ａと電極１９ａは異極となる２電極端子を構成している。そして、図示されていないが、振動子１０はマウント部１６、１７で容器の固定部に接着剤などで固定されている。即ち、円筒型の容器または表面実装型の容器に収納されている。
【０００９】  また、本実施例の水晶振動子１０の振動部１１は幅Ｗ０、長さＬ０、厚みＴ０で与えられ、溝は幅Ｗ２と長さＬ２と厚みＴ２で与えられると共に、上面の溝の深さＴ１で、下面の溝の深さＴ３で与えられる。更に、溝の一端部から幅方向の振動部の側面までの距離をＷ１（部分幅Ｗ１）、溝の他端部から幅方向の振動部の側面までの距離をＷ３（部分幅Ｗ３）で与えられ、更に、溝の一端部から長さ方向の振動部の側面までの距離をＬ１（部分幅Ｌ１）、溝の他端部から長さ方向の振動部の側面までの距離をＬ３（部分幅Ｌ３）で与えられる。通常、優れた周波数温度特性を得るために、幅Ｗ０と長さＬ０の比（Ｗ０／Ｌ０）は０．９〜１．１２の範囲内にある。又、幅Ｗ０＝Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３で与えられ、衝撃に対する強度を維持しながら電界
2005094733.tif 000003
大きく、１より小さく形成される。好ましくは、０．４５〜０．９の範囲内にある。更に、基本波モードで振動するＮＳ−ＧＴカット水晶振動子の場合には、幅Ｗ０は１．５５ｍｍより小さく、好ましくは、０．１６〜１．４９ｍｍの範囲内にあり、Ｗ１とＷ３は０．０１ｍｍより大きく、好ましくは、０．０２７〜０．４４ｍｍの範囲内にある。
【００１０】  全く同様に、長さＬ０＝Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３で与えられ、衝撃に対する強度を維持しながら
2005094733.tif 000004
４より大きく、１より小さく形成される。好ましくは、０．４５〜０．９の範囲内にある。更に、基本波モードで振動するＮＳ−ＧＴカット水晶振動子の場合には、Ｌ１とＬ３は０．０１ｍｍより大きく、好ましくは、０．０１〜０．４５ｍｍの範囲内にある。更に、十分な電界強度と機械的強度を得るために、厚みＴ０は０．１２ｍｍより小さく、好ましくは、０．０２５〜０．１ｍｍの範囲内にある。同時に、溝の厚みＴ２と振動部の厚みＴ０の比（Ｔ２／Ｔ０）は０．９５以下に、好ましくは、０．２〜０．９２の範囲内にある。また、溝の深さＴ１とＴ３はそれぞれ０．００３ｍｍより大きく、好ましくは、０．００５〜０．０４８ｍｍの範囲内にある。このような構成により、振動部の端部の厚みが振動部の中心部の厚みより大きくなるので、対衝撃性に優れると共に、振動部の中心部付近の電界強度が大きくなり、等価直列抵抗Ｒ１の小さい、品質係数Ｑ値の高いＮＳ−ＧＴカット水晶振動子が、高周波数で、かつ、超小型で実現できる。尚、図２の（ｂ）は、図２（ａ）の厚みＴ３＝０の場合である。即ち、振動部の上下面の片側にのみ溝が設けられている。このように形成しても上記したと同様の効果が得られる。
【実施例２の振動子】
【００１１】  図３は本発明の実施例２の振動子で、輪郭モードで振動する輪郭水晶振動子の一つである、ＮＳ−ＧＴカット水晶振動子の上面図（ａ）と断面図（ｂ）と断面図（ｃ）である。また、（ｂ）と（ｃ）は、振動部のＢ−Ｂ′断面図である。即ち、２つの例の断面形状を本実施例では示す。まず、本実施例の断面形状（ｂ）では、水晶振動子３０は振動部３１、接続部３２、３３、及びマウント部３６、３７をそれぞれ含む支持部３４、３５を備えて構成されている。更に、支持部３４と支持部３５にはそれぞれ穴３４ａと穴３５ａが設けられている。そして、振動部３１の上面と下面には溝３８，３９，４０と溝４１、４２、４３が、更にそれらの溝に電極３８ａ、３９ａ、４０ａと電極４１ａ、４２ａ、４３ａが配置されている。又、上面と下面の溝に配置された電極の、隣接する電極は異極となるように構成されている。すなわち、上面と下面の溝に配置された対抗電極は異極となるように構成されている。本実施例の電極配置では、３次高調波モード振動のＮＳ−ＧＴカット水晶振動子が得られる。
【００１２】  更に詳述するならば、電極３８ａとそれに隣接する電極３９ａは異極に、さらに、電極３８ａとそれに対抗する電極４１ａは異極となるように構成されている。電極３８ａとそれとは異極となる電極４１ａで一対の電極を構成している。全く同様に、電極３９ａとそれに隣接する電極３８ａ、４０ａは異極に、更に、電極３９ａとそれに対抗する電極４２ａは異極となるように構成されている。電極３９ａとそれとは異極となる電極４２ａで一対の電極を構成している。更に電極４０ａとそれに隣接する電極３９ａは異極に、さらに、電極４０ａとそれに対抗する電極４３ａは異極となるように構成されている。電極４０ａとそれとは異極となる電極４３ａで一対の電極を構成している。又、本実施例では、上面の電極３８ａと電極４０ａは接続電極３８ｂを介して接続されている。更に、下面の電極４１ａと電極４３ａは接続電極４１ｂ（図示されていない）を介して接続されている。本実施例では、接続電極は振動部の上面と下面に設けられているが、振動部の側面に設けても良い。即ち、接続電極は振動部の上下面及び／又は側面に配置される。
【００１３】  更に、上面の同極となる電極３８ａ、４０ａは一方の接続部３２を介してマウント部３６にまで延在して配置されている。又、電極３９ａは他方の接続部３３を介してマウント部３７にまで延在して配置されている。更に、下面の電極４２ａは一方の接続部３２を介してマウント部３６にまで延在して配置されている。又、下面の同極となる電極４１ａ、４３ａは他方の接続部３３を介してマウント部３７にまで延在して配置されている。上記説明から明らかなように、一方の接続部と支持部の上下面には同極となる電極が振動部から延在して配置され、他方の接続部と支持部の上下面には同極となる電極が振動部から延在して配置されている。それ故、一方の電極３８ａ，４０ａ、４２ａは同極になるように配置、接続され、他方の電極３９ａ、４１ａ、４３ａは同極となるように配置、接続され、それらは互いに異極となる２電極端子構造を形成している。
【００１４】  更に詳述するならば、本実施例では、幅方向に三対と長さ方向に一対の電極を構成している。本発明の電極構成は前記実施例の３対に限定されるものでなく、今、幅方向の電極の対数をｎとすると、対称モードを使用する場合にはｎ対（ｎ＝１，３，５・・・）と奇数対の電極構成と非対称モードを使用する場合にはｎ対（ｎ＝２，４，６・・・）と偶数対の電極構成をも包含するものである。詳細には、幅方向に奇数対の電極構成では、奇数次の幅縦モードと基本波の長さ縦モードで振動し、偶数対の電極構成では、偶数次の幅縦モードと基本波の長さ縦モードで振動し、本実施例では、幅縦モード振動が主振動となり、長さ縦モードを含む他の縦モード振動が副振動になる。例えば、一対の電極構成では、幅縦モード振動の基本波モード振動が主振動となる。二対の電極構成では、幅縦モード振動の２次高調波モード振動が主振動となる。また、三対の電極構成では、幅縦モード振動の３次高調波（オーバートーン）モード振動が主振動となる。即ち、ｎ対の電極構成では、幅縦水晶振動子のｎ次高調波モード振動が主振動となる。本実施例では、幅縦モードと長さ縦モードで振動が結合し、主振動と同じ振動モードで振動し、主振動以外の振動を副振動と呼び、主振動の等価直列抵抗をＲｎ、副振動の等価直列抵抗をＲｆと言う。又、本実施例では、振動部に接続部が接続されていない方向の縦モード振動を振動部の寸法の大きさにかかわらず幅縦水晶振動子と呼び、かつ、これが主振動となる。
【００１５】  次に、振動部の幅Ｗ０、長さＬ０、厚みＴ０と電極との関係について述べる。上記実施例では、幅方向に三対の電極を構成している。それ故、対抗する面の電界Ｅｔを大きくし、主振動の等価直列抵抗Ｒｎの小さい幅縦水晶振動子を得るためには、厚みＴ０と幅Ｗ０との関係はＴ０／Ｗ０が０．８５より小さくする必要がある。又、幅縦モード振動又は長さ縦モード振動と屈曲モード振動との結合を無視できるほどに小さく、且つ、電極面積を大きくし、主振動の等価直列抵抗Ｒｎの小さい幅縦水晶振動子を得るためには、幅Ｗ０と長さＬ０との関係は、Ｗ０／３Ｌ０が０．８７〜１．１５の範囲内にある。上記実施例では三対の電極構成の場合について説明したが、例えば、ｎ対（ｎ＝５，７，９、・・・）と奇数対の電極構成では、主振動がｎ次高調波モードの幅縦水晶振動子が得られる。この場合、前記した優れた特性を有する幅縦水晶振動子を得るには、厚みＴ０と幅Ｗ０との関係はＴ０／Ｗ０が０．８５より小さく、且つ、幅Ｗ０と長さＬ０との関係はＷ０／（ｎＬ０）が０．８７から１．１５の範囲内にすることが必要である。本実施例では、接続部が付加される長さ方向の長さ縦水晶振動子は基本波モードで振動するが、長さ方向に複数対の電極を配置し、高調波モードで振動するようにしても良い。
【００１６】  更に、ｎ次モードで振動するＮＳ−ＧＴカット水晶振動子の場合には、幅Ｗ０は１．５５×ｎｍｍより小さく、好ましくは、０．１６×ｎ〜１．４９×ｎｍｍの範囲内にある。加えて、溝と溝の間の寸法Ｗ４は通常Ｗ０／３で与えられ、この寸法内に１個の溝が設けられる。また、他の寸法Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｔ、Ｔ２、Ｔ３は実施例１の振動子で述べた寸法を有する。更に、Ｂ−Ｂ′の断面図（ｃ）は前記断面図（ｂ）のＴ３＝０の場合である。即ち、振動部の片面にのみ溝が設けられていて、溝には電極４４、４５，４６が下面には電極４７，４８，４９が配置され、隣接する電極は互いに極性が異なるように配置されている。
【００１７】  更に、ＮＳ−ＧＴカット水晶振動子の振動部の長さＬ０と幅Ｗ０と厚み０をそれぞれ水晶の電気軸ｘ、光軸ｚ、機械軸ｙに一致させた、Ｙ板水晶のｘ軸回りの回転角度θｘ１、ｙ′軸（ｙ軸の新軸）回りの回転角度θｙ１とすると、良好な周波数温度特性を得るためには、本実施例のＮＳ−ＧＴカット水晶振動子の角度θｘ１、θｙ１と寸法比（Ｗ０／Ｌ０）と振動部の電極対数ｎ（＝１，２，３・：整数）によって表される、それらの関係は、［７．５ｎ（Ｗ０／Ｌ０）
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与えられる。即ち、温度特性の任意の設定は角度θｘ１の選択によって達成できる。
【００１８】  このように、上記実施例のＮＳ−ＧＴカット水晶振動子は、特に、振動部の電極の配置の仕方を工夫することにより、主振動の等価直列抵抗Ｒｎが副振動の等価直列抵抗Ｒｆより小さくすることができる。と同時に、周波数温度特性に優れた超小型の高調波モードの幅縦水晶振動子を実現することができる。更に、幅縦水晶振動子の共振周波数は振動次数ｍに比例するので、高周波数化が可能になる。
【実施例３の振動子】
【００１９】  図４は本発明の実施例３の振動子で、輪郭モードで振動する輪郭水晶振動子の一つである、長さ縦水晶振動子の上面図（ａ）と断面図（ｂ）と断面図（ｃ）である。また、（ｂ）と（ｃ）は、振動部のＣ−Ｃ′断面図である。即ち、２つの例の断面形状を本実施例では示す。まず、本実施例の断面形状（ｂ）では、水晶振動子５０は振動部５１、接続部５２、５３、及びマウント部５６、５７をそれぞれ含む支持部５４、５５を備えて構成されている。更に、支持部５４と支持部５５にはそれぞれ穴５４ａと穴５５ａが設けられている。そして、振動部５１の上面と下面には溝５８，５９，６０と溝６１、６２、６３が、更にそれらの溝に電極５８ａ、５９ａ、６０ａと電極６１ａ、６２ａ、６３ａが配置されている。又、上面と下面の溝に配置された電極の、隣接する電極は異極となるように構成されている。すなわち、上面と下面の溝に配置された対抗電極は異極となるように構成されている。本実施例の電極配置では、３次高調波モード振動の長さ縦水晶振動子が得られる。
【００２０】  更に詳述するならば、電極５８ａとそれに隣接する電極５９ａは異極に、さらに、電極５８ａとそれに対抗する電極６１ａは異極となるように構成されている。電極５８ａとそれとは異極となる電極６１ａで一対の電極を構成している。全く同様に、電極５９ａとそれに隣接する電極５８ａ、６０ａは異極に、更に、電極５９ａとそれに対抗する電極６２ａは異極となるように構成されている。電極５９ａとそれとは異極となる電極６２ａで一対の電極を構成している。更に電極６０ａとそれに隣接する電極５９ａは異極に、さらに、電極６０ａとそれに対抗する電極６３ａは異極となるように構成されている。電極６０ａとそれとは異極となる電極６３ａで一対の電極を構成している。又、本実施例では、上面の電極５８ａと電極６０ａは接続電極５８ｂを介して接続されている。更に、下面の電極６１ａと電極６３ａは接続電極６１ｂ（図示されていない）を介して接続されている。本実施例では、接続電極は振動部の上面と下面に設けられているが、振動部の側面に設けても良い。即ち、接続電極は振動部の上下面及び／又は側面に配置される。
【００２１】  更に、上面の同極となる電極５８ａ、６０ａは一方の接続部５２を介してマウント部５６にまで延在して配置されている。又、電極５９ａは他方の接続部５３を介してマウント部５７にまで延在して配置されている。更に、下面の電極６２ａは一方の接続部５２を介してマウント部５６にまで延在して配置されている。又、下面の同極となる電極６１ａ、６３ａは他方の接続部５３を介してマウント部５７にまで延在して配置されている。上記説明から明らかなように、一方の接続部と支持部の上下面には同極となる電極が振動部から延在して配置され、他方の接続部と支持部の上下面には同極となる電極が振動部から延在して配置されている。それ故、一方の電極５８ａ，６０ａ、６２ａは同極になるように配置、接続され、他方の電極５９ａ、６１ａ、６３ａは同極となるように配置、接続され、それらは互いに異極となる２電極端子構造を形成している。
【００２２】  更に詳述するならば、本実施例では、長さ方向に三対と幅方向に一対の電極を構成している。本発明の電極構成は前記実施例の３対に限定されるものでなく、今、長さ方向の電極の対数をｎとすると、対称モードを使用する場合にはｎ対（ｎ＝１，３，５・・・）と奇数対の電極構成をも包含するものである。詳細には、奇数対の電極構成では、奇数次の長さ縦モードで振動し、これらがそれぞれ主振動となる。例えば、一対の電極構成では、基本波モード振動が主振動となる。二対の電極構成では、２次高調波モード振動が主振動となる。また、三対の電極構成では、３次高調波モード振動が主振動となる。本発明では、長さ縦モードで振動し、主振動と同じ振動モードで振動し、主振動以外の振動を副振動と呼び、主振動の等価直列抵抗をＲｎ、主振動と同じ振動モードで振動する副振動の等価直列抵抗をＲｆと言う。一例として、３次高調波モード振動が主振動のときには、基本波モード振動、２次高調波モード振動、４次高調波モード振動とそれ以上のｆ次高調波モード振動が副振動となる。
【００２３】  次に、振動部の幅Ｗ０、長さＬ０、厚みＴ０と電極との関係について述べる。上記実施例では、三対の電極を構成している。それ故、対抗する面の電界Ｅｔを大きくし、主振動の等価直列抵抗Ｒｎの小さい長さ縦水晶振動子を得るためには、厚みＴ０と幅Ｗ０との関係はＴ０／Ｗ０が０．８５より小さくする必要がある。又、長さ縦モード振動と屈曲モード振動との結合を無視できるほどに小さく、且つ、電極面積を大きくし、主振動の等価直列抵抗Ｒｎの小さい長さ縦水晶振動子を得るためには、幅Ｗ０と長さＬ０との関係は３Ｗ０／Ｌ０が０．６より小さくする事が必要である。上記実施例では三対の電極構成の場合について説明したが、例えば、ｎ対（ｎ＝５，７，９、・）と奇数対の電極構成では、主振動がｎ次高調波モードの長さ縦水晶振動子が得られる。この場合、前記した優れた特性を有する水晶振動子を得るには、厚みＴ０と幅Ｗ０との関係はＴ０／Ｗ０が０．８５より小さく、且つ、幅Ｗ０と長さＬ０との関係はｎＷ０／Ｌ０が０．６より小さくする必要がある。本実施例では、奇数次の高調波モード振動の長さ縦水晶振動子を示したが、本発明は上記実施例に限定されるものでなく、ｎ＝１である１対の電極構成をも包含するものである。この場合には、基本波モード振動が主振動となる。
【００２４】  更に、長さ縦水晶振動子の振動部の長さＬ０と幅Ｗ０と厚みＴ０をそれぞれ水晶の機械軸ｙ、光軸ｚ、電気軸ｘに一致させたＸ板水晶のｘ軸回りの回転角度θｘ２とすると、周波数温度特性の２次曲線の頂点温度を、室温付近を含む任意の温度に設定するためには、本実施例の長さ縦水晶振動子の角度θｘ２は寸法比（Ｗ０／Ｌ０）と振動部の電極対数ｎ（＝１，２，
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。／Ｌ０）＋２５．５］°で与えられる。即ち、頂点温度の任意の設定は角度θｘ２の選択によって達成できる。更に、主振動の等価直列抵抗Ｒｎと容量比ｒｎを小さくするために、通常、電極対数ｎと寸法比（Ｗ０／Ｌ０）との関係において、寸法比（Ｗ０／Ｌ０）は（０．０５〜０．６）／ｎの範囲内に、好ましくは、（０．１〜０．２４）／ｎの範囲内、又は（０．２６〜０．５５）／ｎの範囲内にある。このような寸法の構成により、さらにスプリアス振動（不要振動）との結合のない長さ縦水晶振動子が実現できる。
【００２５】  更に、ｎ次モードで振動する長さ縦水晶振動子の場合には、長さＬ０は５．５×ｎｍｍより小さく、好ましくは、０．１６×ｎ〜１．５×ｎｍｍの範囲内にある。また、溝と溝の間の寸法Ｌ４は通常Ｌ０／３で与えられ、この寸法内に１個の溝が設けられる。又、幅Ｗ０＝Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３で与えられ、衝撃に対する強度を維持しながら電界の効率を高めるために、
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満足するように形成される。加えて、比（Ｗ２／Ｗ０）は０．４より大きく、１より小さく形成される。好ましくは、０．４５〜０．９５の範囲内にある。更に、幅Ｗ０は０．５ｍｍより小さく、好ましくは、０．０４５〜０．４８ｍｍの範囲内にあり、Ｗ１とＷ３は０．００３ｍｍより大きく、好ましくは、０．０１〜０．１６ｍｍの範囲内にある。
【００２６】  全く同様に、衝撃に対する強度を維持しながら電界の効率を高めるために、溝の長さＬ
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ように形成される。加えて、ｎ次（ｎ：整数）モード振動では、比（ｎＬ２／Ｌ０）は０．４より大きく、１より小さく形成される。好ましくは、０．４５〜０．９５の範囲内にある。更に、基本波モードで振動する長さ縦水晶振動子の場合には、Ｌ１とＬ３は０．０１ｍｍより大きく、好ましくは、０．０２〜０．４５ｍｍの範囲内にある。更に、十分な電界強度と機械的強度を得るために、厚みＴ０は０．１２ｍｍより小さく、好ましくは、０．０２５〜０．１ｍｍの範囲内にある。同時に、溝の厚みＴ２と振動部の厚みＴ０の比（Ｔ２／Ｔ０）は０．９５以下に、好ましくは、０．２〜０．９２の範囲内にある。また、溝の深さＴ１とＴ３はそれぞれ０．００３ｍｍより大きく、好ましくは、０．００５〜０．０４８ｍｍの範囲内にある。このような構成により、振動部の端部の厚みが振動部の中心部の厚みより大きくなるので、対衝撃性に優れると共に、振動部の中心部付近の電界強度が大きくなり、等価直列抵抗Ｒ１の小さい、品質係数Ｑ値の高い長さ縦水晶振動子が、高周波数で、かつ、超小型で実現できる。尚、図４の（ｃ）は、図４（ｂ）の厚みＴ３＝０の場合である。即ち、振動部の片面にのみ溝が設けられていて、溝には電極６４、６５，６６が下面には電極６７，６８，６９が配置され、隣接する電極は互いに極性が異なるように配置されている。このように形成しても上記したと同様の効果が得られる。
【実施例４の振動子】
【００２７】  図５は本発明の実施例４の振動子で、輪郭モードで振動する輪郭振動子の一つであるラーメ水晶振動子の上面図（ａ）と断面図（ｂ）と断面図（ｃ）である。ラーメ水晶振動子７０は振動部７１、接続部７２、７３と支持部７４、７５とを備えて構成されている。支持部７４は接続部７２を介して振動部７１に接続されている。更に、支持部７４には穴７４ａとマウント部７４ｂが設けられている。同様に、支持部７５は接続部７３を介して振動部７１に接続されている。更に、支持部７５には穴７５ａとマウント部７５ｂが設けられている。更に、振動部７１の上面には溝７６が、下面には溝７７が対抗して設けられていて、溝７６、７７には、電極７６ａ、７７ａが厚みの方向に対抗して極性の異なる電極が配置されている。振動部７１の電極７６ａは接続部７２を介してマウント部７４ｂにまで延在して配置されている。これに対して、振動部７１の電極７７ａも同様に接続部７３を介してマウント部７５ｂにまで延在して配置されている。電極７６ａと電極７７ａは異極となる２電極端子を構成している。そして、図示されていないが、振動子７０はマウント部７４ｂ、７５ｂで容器の固定部に接着剤などで固定されている。即ち、円筒型の容器または表面実装型の容器に収納されている。
【００２８】  また、本実施例のラーメ水晶振動子７０の振動部７１は幅Ｗ０、長さＬ０、厚みＴ０で与えられ、溝は幅Ｗ２と長さＬ２と厚みＴ２で与えられると共に、上面の溝の深さＴ１で、下面の溝の深さＴ３で与えられる。更に、溝の一端部から幅方向の振動部の側面までの距離をＷ１（部分幅Ｗ１）、溝の他端部から幅方向の振動部の側面までの距離をＷ３（部分幅Ｗ３）で与えられ、更に、溝の一端部から長さ方向の振動部の側面までの距離をＬ１（部分幅Ｌ１）、溝の他端部から長さ方向の振動部の側面までの距離をＬ３（部分幅Ｌ３）で与えられる。通常、幅Ｗ０と長さＬ０の比（Ｗ０／Ｌ０）は略１で与えられる。即ち、大略Ｗ０＝Ｌ０となる。又、幅Ｗ０＝Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３で与えられ、衝撃に対する強度を維持しながら電界の効率を高め
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Ｗ１＜Ｗ３を満足するように形成される。加えて、比（Ｗ２／Ｗ０）は０．４より大きく、１より小さく形成される。好ましくは、０．４５〜０．９の範囲内にある。更に、基本波モードで振動するラーメ水晶振動子の場合には、幅Ｗ０は１．１ｍｍより小さく、好ましくは、０．１６〜１．０ｍｍの範囲内にあり、Ｗ１とＷ３は０．０１ｍｍより大きく、好ましくは、０．０２〜０．３５ｍｍの範囲内にある。
【００２９】  全く同様に、長さＬ０＝Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３で与えられ、衝撃に対する強度を維持しながら
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４より大きく、１より小さく形成される。好ましくは、０．４５〜０．９の範囲内にある。更に、基本波モードで振動するラーメ水晶振動子の場合には、Ｌ１とＬ３は０．０１ｍｍより大きく、好ましくは、０．０２〜０．３５ｍｍの範囲内にある。通常は、大略Ｗ２＝Ｌ２となるように形成される。更に、十分な電界強度と機械的強度を得るために、厚みＴ０は０．１２ｍｍより小さく、好ましくは、０．０２５〜０．１ｍｍの範囲内にある。同時に、溝の厚みＴ２と振動部の厚みＴ０の比（Ｔ２／Ｔ０）は０．９５以下に、好ましくは、０．２〜０．９２の範囲内にある。また、溝の深さＴ１とＴ３はそれぞれ０．００３ｍｍより大きく、好ましくは、０．００５〜０．０４８ｍｍの範囲内にある。このような構成により、振動部の端部の厚みが振動部の中心部の厚みより大きくなるので、対衝撃性に優れると共に、振動部の中心部付近の電界強度が大きくなり、等価直列抵抗Ｒ１の小さい、品質係数Ｑ値の高いラーメ水晶振動子が、高周波数で、かつ、超小型で実現できる。尚、図５の（ｃ）は、図５（ｂ）の厚みＴ３＝０の場合である。即ち、振動部の上下面の片側にのみ溝が設けられ、溝に電極７８が、下面に電極７９が対抗して配置されている。このように形成しても上記したと同様の効果が得られる。
【００３０】  また、本実施例では一対の電極を振動部に配置しているが、本発明の電極構成は前記実施例の一対に限定されるものでなく、対称モードを使用する場合にはｎ対（ｎ＝１，３，５，・）と奇数対の電極構成をも包含するものである。即ち、奇数対の電極構成では、奇数次のラーメモードで振動し、これが主振動となる。例えば、一対の電極構成では、基本波モード振動が主振動となる。また、三対の電極構成では、３次高調波（オーバートーン）モード振動が主振動となる。本発明では、ラーメモードで振動し、主振動と同じ振動モードで振動し、主振動以外の振動を副振動と呼ぶ。換言するならば、輪郭モードで振動し、かつ、主振動と同じ振動モードで振動し、主振動以外の振動を副振動と言う。そして、主振動の等価直列抵抗をＲｎ、副振動の等価直列抵抗をＲｆと言う。
【００３１】  上記実施例２から上記実施例４の振動子の一例として、振動部と接続部と支持部とを備えて構成され、支持部は接続部を介して振動部に接続される輪郭振動子で、前記振動子は上下面と側面とを有し、輪郭モードで振動する輪郭振動子で、振動部と接続部と支持部とを備えて構成される前記振動子は一体に形成されていて、前記振動部の上下面に対抗して極性の異なる電極が少なくとも３対配置され、上下面に配置された隣接する電極は極性が異なる電極であって、少なくとも３対の電極が幅方向に配置されるときには、長さ方向に１対のみの電極が配置され、あるいは、少なくとも３対の電極が長さ方向に配置されるときには、幅方向に１対のみの電極が配置され、上面又は下面の同極となる少なくとも２対の電極は、前記電極が配置された面及び／又は側面を介して接続されている。また、振動子は水晶から形成され、輪郭振動子は長さ縦水晶振動子、又は幅縦水晶振動子、又はラーメ水晶振動子、又はＮＳ−ＧＴカット水晶振動子である。特に、ラーメ水晶振動子の接続部は、振動部のいかなる電極の配置であっても振動部の角に対角する位置に設けられる。即ち、少なくとも２個の接続部が設けられる。通常は、四隅に設けられる。
【実施例５の振動子】
【００３２】  図６は本発明の実施例５の振動子で、輪郭モードで振動する輪郭水晶振動子の一つである、幅縦水晶振動子の上面図である。幅縦水晶振動子８０は振動部８１、接続部８２、８３、及びフレーム８４、８５とマウント部８６を備えて構成されている。また、フレーム８４は接続部８２を介して振動部８１に接続され、フレーム８５は接続部８３を介して振動部８１に接続されている。更に、振動部８１には電極８１ａが配置され、接続部８２とフレーム８４を介してマウント部８６の端部の電極８６ａに接続されている。図示されていないが、振動部８１の下面にも電極８１ｂが配置され、接続部８３とフレーム８５を介してマウント部８６の端部の電極８６ｂに接続されている。本実施例では、電極８６ｃを介して接続されている。又、振動部の幅Ｗ０、長さＬ０で与えられ、Ｗ０／Ｌ０は０．２５より小さく、好ましくは、大略０．１〜０．２１の範囲内にある。
【実施例６の振動子】
【００３３】  図７は本発明の実施例６の振動子で、輪郭モードで振動する輪郭水晶振動子の一つである、幅縦水晶振動子の上面図である。幅縦水晶振動子９０は振動部９１、接続部９２、９３、及びフレーム９４、９５とマウント部９６を備えて構成されている。また、フレーム９４は接続部９２を介して振動部９１に接続され、フレーム９５は接続部９３を介して振動部９１に接続されている。更に、振動部９１には電極９１ａが配置され、接続部９２とフレーム９４を介してマウント部９６の端部の電極９６ａに接続されている。本実施例では、マウント部９６の端部に切り欠き部分９７，９８が設けられている。
【実施例７の振動子】
【００３４】  図８は本発明の実施例７の振動子で、輪郭モードで振動する輪郭水晶振動子の一つである、音叉型屈曲水晶振動子の上面図（ａ）と音叉腕のＥ−Ｅ′断面図（ｂ）である。音叉型屈曲水晶振動子１００は振動部である音叉腕１０１、音叉腕１０２と支持部１１９とを備えて構成され、音叉腕１０１と音叉腕１０２の一端部は支持部１１９に接続されている。すなわち、音叉型屈曲水晶振動子１００は、２個の振動部と支持部を備えて構成され、通常は支持部の端部が振動子ユニットの固定部に固定される。しかし、支持部にさらに支持部から突出する支持フレームを設け、この支持フレームを振動子ユニットの固定部に固定しても良い。また、支持フレームは、同じ方向で、かつ、大略平行に形成される２個の振動部の間か、又は外側に形成される。更に、音叉腕１０１と音叉腕１０２はそれぞれ上面と下面と側面とを有し、音叉腕１０１の上面には中立線１０１ａに対して、音叉の叉部側に位置する第１段差部１０７と音叉の叉部側と反対に位置する第２段差部１０９を有する溝１０３が設けられ、溝１０３には電極１１１が配置されている。又、音叉腕１０２の上面にも音叉腕１０１と同様に、中立線１０２ａに対して、音叉の叉部側に位置する第１段差部と音叉の叉部側と反対に位置する第２段差部を有する溝１０４が設けられ、電極１１７が溝１０４に配置されている。また、音叉腕１０１，１０２の下面にも上面と同様に中立線を挟んで溝１０５、１０６が設けられている（図８の（ｂ）参照）。即ち、溝１０５は中立線１０１ａに対して、音叉の叉部側に位置する第１段差部１０８と音叉の叉部側と反対に位置する第２段差部１１０を有し、電極１１２が溝１０５に配置されている。溝１０６も溝１０５と同様に、中立線１０２ａに対して、音叉の叉部側に位置する第１段差部と音叉の叉部側と反対に位置する第２段差部を有し、電極１１８が溝１０６に配置されている。
【００３５】  加えて、音叉腕１０１、１０２の両側面にも電極１１３、１１４、１１５、１１６が配置され、電極１１３と電極１１４は同極に、電極１１５と電極１１６は同極に、かつ、電極１１３、１１４と電極１１５、１１６とは異極となるように配置、接続されている。また、音叉腕の側面電極と対抗して配置された溝の側面電極は互いに極性が異なるように配置される。一例として、一方の電極１１１、１１２、１１５、１１６は同極に接続され、他方の電極１１３、１１４、１１７、１１８は同極に接続されていて、それらは互いに異極となる２電極端子を構成する。また、音叉腕の中立線に対して、音叉の叉部側に位置する音叉腕の上下面の少なくとも一面に配置される電極と、前記第１段差部の電極とが接続され、音叉腕の中立線に対して、音叉の叉部側と反対に位置する音叉腕の上下面の少なくとも一面に配置される電極と、前記第２段差部の電極とが接続されている。尚、音叉腕の中立線とは、音叉腕の幅の半分（Ｗ００／２）の位置に、かつ、長さ方向に在る線である。
【００３６】  更に、支持部１１９は長さ寸法Ｌ１１で与えられ、Ｕ字形状の下側部分の全体とする。Ｌ１は小型化を図るために、０．５ｍｍ未満の寸法を有する。好ましくは、０．０２５ｍｍ〜０．４９ｍｍの範囲内にある。更に、音叉のＵ字形状の上側部分の音叉腕１０１、１０２の長さＬ００、幅Ｗ００で与えられ、それらの音叉腕に溝１０３、１０４が中立線を挟むように設けられている。又、各音叉腕と各音叉腕に設けられる溝との関係は、溝の長さＬ２２、溝の幅Ｗ２２、部分幅Ｗ１１、Ｗ３３で与えられ、更に、音叉腕間の距離Ｗ４４、音叉形状の全長Ｌｔで与えられる。音叉型屈曲水晶振動子の固定による振動部の振動エネルギーの漏れを小さくするために、音叉腕間の距離Ｗ４４は１．２ｍｍより小さい寸法を有する。好ましくは、大略０．０８〜０．１２ｍｍの範囲内に、または、好ましくは、大略０．３５〜１．０５ｍｍの範囲内に、より好ましくは０．４３〜１．０５ｍｍの範囲内にある。
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合でもＷ４４の関係は適用でき、溝の電極の代わりに音叉腕の上下面に電極が配置される。
【００３７】
2005094733.tif 000012
音叉腕の電気機械変換効率を高めるために、部分幅Ｗ１１、Ｗ３３は０．０１５ｍｍ未満の寸法を、好ましくは、０．００５〜０．０１４ｍｍの範囲内にある。更に、超小型で、かつ、音叉腕に生じる慣性モーメントを大きくするために、Ｗ２２は０．０６ｍｍ未満に、好ましくは、０．０２５〜０．０５８ｍｍの範囲内にある。尚、音叉腕に溝の幅が異なる溝が形成される場合には、Ｗ２２は最大の溝の幅、または最小の溝の幅である。加えて、支持部の固定による振動部の振動エネルギーの低減と音叉腕に生じる慣性モーメントを極めて大きくするために、辺比Ｌ００／Ｗ００は１６．９〜２３．８の範囲内に、又は１１．２〜１５．４の範囲内にある。即ち、音叉腕の幅Ｗ００に対する音叉腕の長さＬ００が１６．９倍〜２３．８倍の範囲内に、又は１１．２倍〜１５．４倍の範囲内にある。
【００３８】  上記実施例では、音叉腕の幅Ｗ００は長さ方向に一様に形成されているが、本発明は上記実施例に限定されるものでなく、音叉腕の幅が長さ方向の任意の位置で異なるように形成しても良い。更に詳細には、音叉の叉部（基点）から音叉腕の長さＬ００の半分（Ｌ０１＝Ｌ００／２）の位置を境にして、Ｌ００／２の位置から音叉腕の先端部（自由端）の音叉腕の任意の位置の幅寸法Ｗ０２が、Ｌ００／２の位置から音叉の叉部側に位置する音叉腕の幅寸法Ｗ０１より大きく形成される。即ち、Ｗ０２＞Ｗ０１の関係を有する。一例として、Ｗ０１が０．０４ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲内で、Ｌ０１が０．３ｍｍ〜０．７９ｍｍの範囲内にあり、かつ、比（Ｗ０２／Ｗ０１）が３．８より小さく、好ましくは、１．１〜２．７の範囲内にある。このように形成することにより、音叉腕の先端部は質量効果を持つので、慣性モーメントを著しく大きくすることができる。と共に、同じ周波数でも音叉腕の長さ寸法を短くでき、小型化が図れる。また、本実施例の場合、辺比（Ｌ００／Ｗ０１）は大略６〜１５．５の範囲内にある。この辺比の関係は音叉腕の少なくとも一箇所で満たしていれば良い。
【００３９】  更に、超小型で、かつ、等価直列抵抗Ｒ１の小さい音叉型屈曲水晶振動子を実現するために、音叉の全長Ｌｔは２．１ｍｍより小さく、好ましくは、０．９５ｍｍ〜１．９８ｍｍの範囲内にある。また、幅Ｗ０２の形状はＷ０２＞Ｗ０１の関係を満たす形状であればいかなる形状をも本発明は包含するものである。加えて、音叉腕の腕間に支持部から突出する支持部フレーム、または支持部から突出する少なくとも１個の支持部フレーム、好ましくは、２個の支持部フレームを設けても良い。更に、上記実施例の音叉型屈曲水晶振動子の発振周波数は大略３２．７６８ｋＨｚを有する。一例として、発振周波数は３２．７６８ｋＨｚの周波数に対して−１００ＰＰＭ〜＋１００ＰＰＭの範囲内にある。また、溝の厚みＴ２２と音叉腕の厚みＴ００で与えられ、Ｔ２２／Ｔ００は０．９より小さくなるように形成されている。本実施例では、溝が音叉腕の厚み方向に対抗して設けられているが、本発明の溝は、溝の厚みＴ２２＝０の貫通孔であっても良い。
【００４０】  また、上記実施例の輪郭水晶振動子の一つである音叉型屈曲水晶振動子、幅縦水晶振動子と長さ縦水晶振動子は圧電定数ｅ′１２によって励振され、その圧電定数ｅ′１２の絶対値が大きいほど、電気機械変換効率は良くなる。例えば、今、音叉形状の長さ方向、幅方向と厚み方向をそれぞれ水晶のｙ軸、ｘ軸とｚ軸に一致させ、ｘ軸回転とｙ′軸回転のとき、それらの回転角度をθｘ３、θｙ３とすると、ｅ′１２＝ａ１１ａ２２（−ｅ１１ａ２２＋２ｅ１４ａ２３）で与えられる。但し、ｅ１１（＝０．１７１Ｃ／ｍ２）、ｅ１４（＝−０．０４０６Ｃ／ｍ２）は水晶の圧電定数で、ａ１１、ａ２２、ａ２３は角度θｘ３、０ｙ３の関数で与えられる。通常、角度θｘ３、θｙ３はそれぞれθｘ３＝−５°〜＋３０°、θｙ３＝−１０°〜＋１０°の値を有する。本発明の音叉型屈曲水晶振動子の圧電定数ｅ′１２の絶対値は０．０９５Ｃ／ｍ２より大きい値を有する。通常は、圧電定数ｅ′１２の絶対値は０．０９５Ｃ／ｍ２〜０．１９Ｃ／ｍ２の範囲内にある。特に、基本波モード振動で、より小さい等価直列抵抗Ｒ１を得るために、好ましくは、ｅ′１２の絶対値は０．１２Ｃ／ｍ２〜０．１９Ｃ／ｍ２の範囲内にある。
【００４１】  一例として、音叉腕の上下面に各々１個の溝を形成し、前記溝は中立線を挟んで設けられ、かつ、第１段差部と第２段差部を有し、中立線に対して音叉の叉部側に位置する第１段差部に配置される電極と、その電極に対抗して配置される音叉腕の側面の電極との前記電極間の圧電定数ｅ′１２（＝ｅ′１２ｉ）の絶対値と、中立線に対して音叉の叉部側と反対に位置する第２段差部に配置される電極と、その電極に対抗して配置される音叉腕の側面の電極との前記電極間の圧電定数ｅ′１２（＝ｅ′１２ｏ）の絶対値とが、０．０９５Ｃ／ｍ２〜０．１９Ｃ／ｍ２の範囲内に、好ましくは、０．１２Ｃ／ｍ２〜０．１９Ｃ／ｍ２の範囲内にあり、かつ、第１段差部側の圧電定数ｅ′１２ｉと第２段差部側の圧電定数ｅ′１２ｏの値の符号が同じになるように音叉腕の溝は構成される。即ち、ｅ′１２ｉ×ｅ′１２ｏ＞０の関係を有する。本実施例では、音叉腕に溝を有する音叉型屈曲水晶振動子について説明したが、溝のない音叉腕の上下面に電極が配置される形状にも適用できる。この場合も、ｅ′１２ｉ×ｅ′１２ｏ＞０の関係を有する。但し、ｅ′１２ｉは音叉腕の中立線に対して、音叉の叉部側に位置する音叉腕の上下面の少なくとも一面に配置される電極と、音叉の叉部側に位置する音叉腕の内側側面の電極との前記電極間の圧電定数で、ｅ′１２ｏは音叉腕の中立線に対して、音叉の叉部側と反対に位置する音叉腕の上下面の少なくとも一面に配置される電極と、音叉の叉部側と反対に位置する音叉腕の外側側面の電極との前記電極間の圧電定数である。と共に、本発明はこれに限定されるものでなく、例えば、本発明の輪郭水晶振動子の一つである長さ縦水晶振動子と幅縦水晶振動子にも圧電定数ｅ′１２は適用できる。例えば、長さ縦水晶振動子の場合には、振動部の上下面に対抗して極性の異なる電極が配置され、前記電極間の圧電定数ｅ′１２の絶対値は０．０９５Ｃ／ｍ２〜０．１９Ｃ／ｍ２の範囲内に、好ましくは、０．１２Ｃ／ｍ２〜０．１９Ｃ／ｍ２の範囲内にある。
【００４２】  更に、上記実施例のＮＳ−ＧＴカット水晶振動子とラーメ水晶振動子は、圧電定数ｅ′２１と圧電定数ｅ′２３によって励振され、圧電定数ｅ′２１、ｅ′２３の絶対値は、それぞれ０．０４Ｃ／ｍ２〜０．１２５Ｃ／ｍ２の範囲内にある。と共に、ｅ′２１×ｅ′２３＜０の関係を有する。更に、ｅ′２１、とｅ′２３は、ｅ′２１＝−ｅ′２３×（０．９〜１．１）の関係を有する。特に、輪郭モード振動での振動の対称性を維持するために、より好ましくは、ｅ′２１とｅ′２３の絶対値は大略等しくなるように形成される。例えば、ＮＳ−ＧＴカット水晶振動子の場合には、より好ましい圧電定数ｅ′２１の絶対値は０．０８９Ｃ／ｍ２〜０．１２Ｃ／ｍ２の範囲内にある。また、ラーメ水晶振動子の場合には、好ましい圧電定数ｅ′２１の絶対値は０．０５Ｃ／ｍ２〜０．０７４Ｃ／ｍ２の範囲内に、又は０．０８５Ｃ／ｍ２〜０．１２Ｃ／ｍ２の範囲内にある。
【実施例１の振動子ユニット】
【００４３】  図９は本発明の実施例１の振動子ユニットの断面図である。振動子ユニット１２０は表面実装型のケース１２２と蓋１２４と振動子１２６から構成されている。ケース１２２の両側に固定部が設けられていて、本実施例の振動子ユニットには、実施例１から実施例４の振動子で述べた輪郭水晶振動子１２６が収納され、その振動子のマウント部が接着剤等により固定部で固定されている。
【実施例２の振動子ユニット】
【００４４】  図１０は本発明の実施例２の振動子ユニットの断面図である。振動子ユニット１３０は表面実装型のケース１３２と蓋１３４と振動子１３６から構成されている。ケース１３２の片側に固定部が設けられていて、本実施例の振動子ユニットには、実施例５から実施例７の振動子で述べた輪郭水晶振動子１３６が収納され、その振動子のマウント部が接着剤等により固定部で固定されている。更に、図示されていないが、ケース１３２の下面には少なくとも２分割された電極が設けられていて、振動子１３６の各々の電極と接続されている。即ち、２電極端子構造を形成している。また、振動子は真空中で封止されている。上記各実施例の振動子ユニットには、実施例１から実施例７の振動子である輪郭水晶振動子が収納されているが、本発明はこれに限定されるものでなく、本発明の振動子ユニットには、例えば、厚みに周波数が依存する厚みすべり水晶振動子、又はＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ）振動子、又は角速度センサ、又はＳＡＷフィルタを収納しても良い。更に、実施例１と実施例２の振動子ユニットでは、振動子のみが収納されているが、本発明はこれに限定されるものでなく、発振器を得るために、後述される増幅器（ＣＭＯＳインバータ）、帰還抵抗、ドレイン抵抗、キャパシタを上記実施例の振動子と一緒に収納しても良い。
【実施例１の発振器】
【００４５】  図１１は本発明の実施例１の発振器を構成する発振回路図の一例である。本実施例では、発振回路１４１は増幅器（ＣＭＯＳインバータ）１４２、帰還抵抗１４４、ドレイン抵抗１４７、コンデンサー（キャパシタ）１４５，１４６と輪郭水晶振動子１４３から構成されている。即ち、水晶発振回路１４１は、増幅器１４２と帰還抵抗１４４から成る増幅回路１４８とドレイン抵抗１４７、コンデンサー（キャパシタ）１４５，１４６６と輪郭水晶振動子１４３から成る帰還回路１４９から構成されている。詳細には、本実施例の発振器は水晶発振器で、その水晶発振器は増幅回路１４８と帰還回路１４９から構成され、増幅回路は少なくとも増幅器から構成され、帰還回路は少なくとも輪郭水晶振動子とコンデンサー（キャパシタ）から構成されている。又、本実施例の水晶発振器に用いられる輪郭水晶振動子は、既に実施例１から実施例７の振動子で詳述されている。と共に、本発明の振動子は振動子ユニットに収納されている。
【００４６】  図１２は図１１の帰還回路図を示す。今、輪郭水晶振動子の角周波数をωｉ、ドレイン抵抗１４７の抵抗をＲｄ、コンデンサー１４５、１４６の容量をＣｇ、Ｃｄ、輪郭水晶振動子のクリスタルインピーダンスをＲｅｉ、帰還回路のドレイン側の入力電圧をＶ１，ゲート側の出力電圧をＶ２とすると、帰還率βｉはβｉ＝｜Ｖ２｜ｉ／｜Ｖ１｜ｉで定義される。但し、ｉは輪郭モード振動で振動する輪郭水晶振動子の振動次数を表す。例えば、ｉ＝１のとき、基本波モード振動（１次高調波モード振動）、ｉ＝２のとき、２次高調波モード振動、ｉ＝３のとき、３次高調波モード振動である。即ち、ｉ＝ｎのとき、ｎ次高調波モード振動である。ここでは、単にｎ次モード振動と言う。又、ｎ対の電極構成で、ｎ次モードで振動する輪郭モード振動を主振動と言い、その他（ｎ次モード以外）のモードで振動する輪郭モード振動を副振動と言う。更に、負荷容量ＣＬはＣＬ＝ＣｇＣｄ／（Ｃｇ＋Ｃｄ）で与えられ、Ｃｇ＝Ｃｄ＝ＣｇｄとＲｄ＞＞Ｒｅｉとすると、帰還率βｉはβｉ＝１／（１＋ｋＣＬ２）で与えられる。但し、ｋはωｉ、Ｒｄ、Ｒｅｉの関数で表される。又、Ｒｅｉは近似的に等価直列抵抗Ｒｉに等しくなる。
【００４７】  このように、帰還率βｉと負荷容量ＣＬとの関係から、負荷容量ＣＬが小さくなると、ｎ次モード振動の共振周波数の帰還率はそれぞれ大きくなる。それ故、負荷容量ＣＬが小さくなると、基本波モード振動よりも高調波モード振動の方が発振し易くなる。その理由は高調波モード振動の最大振動振幅が基本波モード振動の最大振動振幅より小さいために、発振持続条件である振幅条件と位相条件を同時に満足するためである。
【００４８】  本発明の水晶発振器は、消費電流が少なく、しかも、出力周波数が高い周波数安定性（高い時間精度）を有する水晶発振器を提供することを目的としている。それ故、消費電流を少なくするために、本実施例では、負荷容量ＣＬは２５ｐＦ以下を用いる。より消費電流を少なくするには、消費電流は負荷容量に比例するので、ＣＬ＝１５ｐＦ以下が好ましい。又、副振動の周波数を抑え、ｎ対の電極構成で主振動がｎ次モードの振動する発振器の出力信号が主振動の発振周波数を得るために、αｎ／αｆ＞βｆ／βｎとαｎβｎ＞１を満足するように本実施例の水晶発振回路は構成される。好ましくは、αｎ／αｆ＞１．１２を満たすように構成される。但し、αｎ、αｆは主振動と副振動の増幅回路の増幅率で、βｎ、βｆは主振動と副振動の帰還回路の帰還率である。
【００４９】  換言するならば、増幅回路の主振動の増幅率αｎと副振動の増幅率αｆとの比が帰還回路の副振動の帰還率βｆと主振動の帰還率βｎとの比より大きく、かつ、主振動の増幅率αｎと主振動の帰還率βｎの積が１より大きくなるように構成される。即ち、消費電流の少ない、出力信号が主振動の発振周波数である水晶発振器が実現できる。更に、高い周波数安定性については後述される。又、出力信号はバッファ回路を介して出力される。
【００５０】  又、本実施例の水晶発振回路を構成する増幅回路の増幅部は負性抵抗−ＲＬｉでその特性を示すことができる。ｉ＝１のとき基本波モード振動（１次モード振動）の負性抵抗で、ｉ＝ｎのときｎ次モード振動の負性抵抗である。即ち、ｎ＝２，３，４・のとき、２次，３次，４次・モード振動の負性抵抗である。本実施例の水晶発振器は、増幅回路の主振動の負性抵抗の絶対値｜−ＲＬｎ｜と主振動の等価直列抵抗Ｒｎとの比が増幅回路の副振動の負性抵抗の絶対値｜−ＲＬｆ｜と副振動の等価直列抵抗Ｒｆとの比より大きくなるように発振回路が構成されている。即ち、｜−ＲＬｎ｜／Ｒｎ＞｜−ＲＬｆ｜／Ｒｆを満足するように回路は構成されている。好ましくは、｜−ＲＬｎ｜／Ｒｎ＞１．１２と｜−ＲＬｆ｜／Ｒｆ＜１を満たすように構成される。このように水晶発振回路を構成することにより、副振動の発振起動が抑えられ、その結果、主振動の発振起動が得られるので主振動の発振周波数が出力信号として得られる。同時に、消費電流の少ない水晶発振器が実現できる。
【００５１】  一例として、音叉型屈曲水晶振動子が水晶発振回路に用いられ、その振動子の主振動が基本波モード振動で、副振動が２次高調波モード振動であり、水晶発振回路の出力信号となる基本波モード振動の発振周波数が３２．７６８ｋＨｚに対して、−１００ＰＰＭ〜＋１００ＰＰＭの範囲内にある場合に、主振動の負性抵抗の絶対値｜−ＲＬｎ｜が７０ｋΩより大きく、消費電流を小さくするために、好ましくは、７０ｋΩ〜２８５ｋΩの範囲内にある。また、副振動の負性抵抗の絶対値｜−ＲＬｆ｜は１３３ｋΩより小さく、副振動の発振起動を抑えるために、好ましくは、７０ｋΩより小さくなる。更に、本実施例の水晶発振回路には輪郭水晶振動子が用いられているが、本発明はこれに限定されるものでなく、輪郭水晶振動子の代わりに、例えば、厚みすべり水晶振動子を含む厚みすべり振動子、又はＳＡＷ振動子、又は角速度センサを用いても良い。
【００５２】  また、輪郭水晶振動子の誘導性と電気機械変換効率と品質係数を表すメリット係数Ｍｉは、品質係数Ｑｉ値と容量比ｒｉの比（Ｑｉ／ｒｉ）によって定義され（ｉ＝１のとき基本波モード振動、ｉ＝２のとき２次モード振動、ｉ＝３のとき３次モード振動）、輪郭水晶振動子の並列容量に依存しない機械的直列共振周波数ｆｓと並列容量に依存する直列共振周波数ｆｒの周波数差Δｆはメリット係数Ｍｉに反比例し、その値Ｍｉが大きい程Δｆは小さくなる。従って、Ｍｉが大きい程、輪郭水晶振動子の共振周波数は並列容量の影響を受けないので、輪郭水晶振動子の周波数安定性は良くなる。即ち、時間精度の高い輪郭水晶振動子が得られる。
【００５３】  詳細には、前記した振動子形状と電極と振動子寸法の構成により、ｎ対の電極構成によって、主振動がｎ次モードで振動する輪郭水晶振動子のメリット係数Ｍｎが副振動のメリット係数Ｍｆより大きくなる。即ち、Ｍｎ＞Ｍｆとなる。通常、Ｍｎは３５より大きく、Ｍｆは２８以下になるように振動部の電極は構成、配置される。即ち、Ｍｎ／Ｍｆは１．２５より大きくなる。特に、ＮＳ−ＧＴカット水晶振動子の場合には、メリット係数比（Ｍｎ／Ｍｆ）が１．２５より大きく、かつ、メリット係数Ｍｆが９４〜１１９の範囲内に、又は８８より小さくなる。更に、音叉型屈曲水晶振動子の場合には、より好ましい主振動となる基本波モード振動のメリット係数Ｍｎと副振動となる２次高調波モード振動のメリット係数Ｍｆは、Ｍｎ＞６０、かつ、Ｍｆ＜３０の関係を有する。即ち、より好ましいメリット係数比（Ｍｎ／Ｍｆ）は２より大きくなる。但し、Ｍｎは主振動のメリット係数である。その結果、主振動の周波数安定性が副振動の周波数安定性より良くなると共に、副振動を抑圧することができる。従って、本実施例の輪郭水晶振動子から構成される水晶発振器は主振動の発振周波数が出力信号として得られ、かつ、高い周波数安定性（優れた時間精度）を有する。
【００５４】  上記した輪郭水晶振動子は機械的方法、物理的方法と化学的方法の内の少なくとも１つの方法を用いて形成される。機械的方法では、例えば、ＧＣ＃１０００〜６０００などの粒子を用いて振動子は加工される、機械的エッチング法である。物理的方法では、例えば、イオン化した原子、分子を振動子に飛散して加工される、物理的エッチング法である。化学的方法では、フッ化水素酸などを用いて振動子は化学的に加工される、化学的エッチング法である。本発明では、上記方法での加工を総称してエッチング法による加工という。また、上記実施例の輪郭水晶振動子の周波数調整は、原子粒子及び／又は分子粒子、又はイオン粒子による、振動部の金属膜を飛散して周波数の調整をする粒子エッチング法及びスパッタリング法と、振動部の金属膜を飛散して周波数の調整をするレーザビーム法及び電子ビーム法と、振動部に金属膜を付着して周波数の調整をする蒸着法の内の少なくとも１つの方法によって行われる。加えて、輪郭水晶振動子の周波数調整は、少なくとも２回の別々の工程で行われる。即ち、１回は輪郭水晶振動子が水晶ウエハに形成された後に水晶ウエハ内で周波数調整する工程で、１回は輪郭水晶振動子を容器（例えば、ケース又は蓋）の固定部に固定した後に周波数調整する工程で、かつ、１回は輪郭水晶振動子を収納したケースと蓋とを接合部材を介して接合した後に周波数調整する工程である。また、ケース又は蓋が貫通孔を持つ場合には、ケースと蓋とを接合し、貫通孔を真空中で封止した後に周波数調整してもよい。更に、輪郭水晶振動子が水晶ウエハ内に形成された後に、水晶ウエハ内で良振動子か不良振動子かを検査する工程を入れても良い。即ち、不良振動子が存在するときには、不良振動子は水晶ウエハから取り除かれるか、又は振動子に何かマーキングされるか、又は振動子はコンピュタに記憶される。
【００５５】  以上、上記実施例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものではなく、例えば、ＮＳ−ＧＴカット水晶振動子、長さ縦水晶振動子、幅縦水晶振動子とラーメ水晶振動子の支持部の形状は上記実施例で述べた形状に限定されるものでなく、本発明の支持部の形状は、接続部を介して振動部と接続されるいかなる形状をも包含するものである。
【００５６】  更に、上記実施例１〜実施例７の輪郭水晶振動子の主振動での容量比ｒｎは副振動の容量比ｒｆより小さくなるように構成されている。このような構成により、同じ負荷容量ＣＬの変化に対して、主振動で振動する輪郭水晶振動子の周波数変化が副振動で振動する輪郭水晶振動子の周波数変化より大きくなる。即ち、主振動の方が副振動より周波数の可変範囲を広くとることができる。さらに詳細には、例えば、負荷容量ＣＬ＝２０ｐＦ付近では、そのＣＬ値が１ｐＦ変わると、主振動の周波数変化は副振動の周波数変化より大きくなる。それ故、主振動では、負荷容量ＣＬの可変量が小さくても、周波数の可変範囲を広くできるという著しい効果を有する。また、上記各実施例の輪郭水晶振動子の主振動での容量比ｒｎは大略６０から４９０の範囲内にあり、容量比ｒｆは５３０より大きい値を有する。特に、音叉型屈曲水晶振動子の場合には、副振動となる２次高調波モード振動の容量比ｒｆは２５００より大きくなる。加えて、上記実施例の輪郭水晶振動子の主振動の等価直列抵抗Ｒｎが、副振動の等価直列抵抗Ｒｆより小さくなる。例えば、音叉型屈曲水晶振動子の場合には、主振動である基本波モード振動の等価直列抵抗Ｒｎが、副振動である２次高調波モード振動の等価直列抵抗Ｒｆより小さくなる。通常、Ｒｆ／Ｒｎ＞１．４の関係を満たし、かつ、Ｒｎは１５０ｋΩより小さく、好ましくは、３５ｋΩ〜９５ｋΩの範囲内にある。また、Ｒｆは５０ｋΩより大きく、好ましくは、１３３ｋΩより大きくなる。
【００５７】  また、輪郭水晶振動子の主振動と副振動の容量比ｒｎ、ｒｆはそれぞれｒｎ＝Ｃ０／Ｃｎ、ｒｆ＝Ｃ０／Ｃｆで与えられる。但し、Ｃ０は電気的等価回路の並列容量で、ＣｎとＣｆは等価回路の主振動と副振動の等価容量である。即ち、Ｃ０は輪郭水晶振動子の２電極端子間の容量である。更に、輪郭水晶振動子の主振動と副振動の品質係数はＱｎ値とＱｆ値で与えられる。そして、前記各実施例の輪郭水晶振動子は、主振動で振動する共振周波数の並列容量による依存性が副振動で振動する共振周波数の並列容量による依存性より小さく成るように構成される。すなわち、ｒｎ／２Ｑｎ２＜ｒｆ／２Ｑｆ２を満たすように振動部に電極が配置、構成される。この構成により、主振動で振動する共振周波数の並列容量による影響が無視できるほど極めて小さくなるので、高い周波数安定性を有する主振動で振動する輪郭水晶振動子が得られる。又、本発明では、ｒｎ／２Ｑｎ２とｒｆ／２Ｑｆ２をそれぞれＳｎとＳｆと置き、ＳｎとＳｆをそれぞれ主振動と副振動の周波数安定係数と呼ぶ。そして、その値が小さい程周波数安定性は良くなる。それ故、Ｓｎ＝ｒｎ／２Ｑｎ２とＳｆ＝ｒｆ／２Ｑｆ２で与えられ、Ｓｎ＜Ｓｆの関係を有する。上記実施例の輪郭水晶振動子では、Ｓｆが０．１３×１０−６より大きい値を有する。例えば、音叉型屈曲水晶振動子では、基本波モード振動が主振動で、２次高調波モード振動が副振動になる。
【００５８】  また、上記実施例の振動子、振動子ユニットと発振器は電子機器に用いられる。例えば、電子機器は少なくとも表示部と発振器を備えて構成されていて、発振器は少なくとも２個の発振器を備えて構成され、２個の発振器の各々は異なる振動モードの振動子、又は振動子と角速度センサ、又は振動子とフィルタを備えて構成される。例えば、１個の発振器は輪郭水晶振動子を備えて構成され、１個の発振器は厚みすべり水晶振動子、又はＳＡＷ振動子、又は角速度センサ、又はＳＡＷフィルタを備えて構成される。他の例として、２個の発振器の各々は輪郭水晶振動子を備えて構成され、１個の発振器は音叉型屈曲水晶振動子を備えて構成され、１個の発振器はＮＳ−ＧＴカット水晶振動子、又は長さ縦水晶振動子、又は幅縦水晶振動子、又はラーメ水晶振動子を備えて構成される。更に他の例として、１個の発振器は音叉型屈曲水晶振動子で、１個の発振器は、厚みすべり水晶振動子、ＮＳ−ＧＴカット水晶振動子、長さ縦水晶振動子、幅縦水晶振動子とラーメ水晶振動子の内の１つの水晶振動子を備えて構成される。更に具体的な例として、少なくとも表示部と発振器を備えて構成される電子機器で、電子機器は少なくとも２個の発振器を備えて構成されると共に、各発振器は発振回路を備えて構成され、１個の発振回路は、振動部と支持部とを備えて構成される音叉型屈曲水晶振動子とＣＭＯＳインバータとキャパシタと抵抗とを備えて構成され、他の１個の発振器は、輪郭水晶振動子、又は厚みすべり水晶振動子、又はＳＡＷ振動子、又は角速度センサと増幅器とキャパシタと抵抗とを備えて構成される。
【産業上の利用可能性】
【００５９】  本発明の振動子と振動子ユニットと発振器は超小型で、高い周波数安定性を有するので、特に、超小型で、高い周波数安定性を必要とする携帯機器や民生機器等の電子機器に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】（ａ）と（ｂ）は本発明の実施例１の振動子で、輪郭モードで振動する輪郭水晶振動子の一つである、ＮＳ−ＧＴカット幅・長さ縦結合水晶振動子の上面図と下面図である。
【図２】（ａ）は図１の振動部のＡ−Ａ′断面図で、（ｂ）は（ａ）の断面図の厚みＴ３＝０の場合である。
【図３】（ａ）と（ｂ）と（ｃ）は本発明の実施例２の振動子で、輪郭モードで振動する輪郭水晶振動子の一つである、ＮＳ−ＧＴカット水晶振動子の上面図と断面図と断面図である。また、（ｂ）と（ｃ）は、振動部のＢ−Ｂ′断面図である。
【図４】（ａ）と（ｂ）と（ｃ）は本発明の実施例３の振動子で、輪郭モードで振動する輪郭水晶振動子の一つである、長さ縦水晶振動子の上面図と断面図と断面図である。また、（ｂ）と（ｃ）は、振動部のＣ−Ｃ′断面図である。
【図５】（ａ）と（ｂ）と（ｃ）は本発明の実施例４の振動子で、輪郭モードで振動する輪郭振動子の一つである、ラーメ水晶振動子の上面図と断面図と断面図である。また、（ｂ）と（ｃ）は、振動部のＤ−Ｄ′断面図である。
【図６】本発明の実施例５の振動子で、輪郭モードで振動する輪郭水晶振動子の一つである、幅縦水晶振動子の上面図である。
【図７】本発明の実施例６の振動子で、輪郭モードで振動する輪郭水晶振動子の一つである、幅縦水晶振動子の上面図である。
【図８】（ａ）と（ｂ）は本発明の実施例７の振動子で、輪郭モードで振動する輪郭水晶振動子の一つである、音叉型屈曲水晶振動子の上面図と音叉腕のＥ−Ｅ′断面図である。
【図９】本発明の実施例１の振動子ユニットの断面図である。
【図１０】本発明の実施例２の振動子ユニットの断面図である。
【図１１】本発明の実施例１の発振器を構成する発振回路図の一例である。
【図１２】図１１の帰還回路図である。
【符号の説明】
【００６１】  Ｗ０  振動部の幅
Ｌ０  振動部の長さ
Ｔ０  振動部の厚み
θｘ１，θｙ１，θｘ２，θｘ３，θｙ３  角度
【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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【図１２】
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