特開 2023-142617 圧電振動素子及び圧電振動子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023142617

(43)【公開日】2023-10-05

(54)【発明の名称】圧電振動素子及び圧電振動子

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/19 20060101AFI20230928BHJP

【ＦＩ】

H03H9/19 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022049597

(22)【出願日】2022-03-25

(71)【出願人】

【識別番号】000149734

【氏名又は名称】株式会社大真空

(74)【代理人】

【識別番号】100086737

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 和秀

(72)【発明者】

【氏名】森本 賢周

【テーマコード（参考）】

5J108

【Ｆターム（参考）】

5J108AA01

5J108BB02

5J108CC04

5J108DD02

5J108EE03

5J108EE07

5J108EE18

5J108FF02

5J108GG03

5J108GG07

5J108GG16

(57)【要約】

【課題】ＤＬＤ特性を改善した圧電振動素子及びそれを備える圧電振動子を提供する。
【解決手段】圧電振動板９の両主面の両励振電極１１，１２は、中央部に平面視で重なる主電極部ＭＥを有すると共に、主電極部ＭＥよりも外側の電極が切欠き部２１_１～２１_１２，２２_１～２２_８によってそれぞれ切り欠かれ、切欠き部２１_１～２１_１２，２２_１～２２_８によって、平面視で電極が重なるように区画形成される複数の補助電極部ＡＥ１～ＡＥ１８を有し、各励振電極１１，１２の主電極部ＭＥと複数の補助電極部ＡＥ１～ＡＥ１８とは、電気的にそれぞれ接続されている。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧電振動板の両主面に励振電極をそれぞれ備え、
前記両主面の両励振電極は、中央部に平面視で重なる主電極部を有すると共に、前記主電極部よりも外側の電極が切欠き部によってそれぞれ切り欠かれ、
前記両励振電極は、前記切欠き部によって、平面視で前記主電極部よりも外側の電極が重なるように区画形成される複数の補助電極部を有し、
各励振電極の前記主電極部と前記複数の補助電極部とは、電気的にそれぞれ接続されている、
ことを特徴とする圧電振動素子。

【請求項2】

前記両励振電極の一方の励振電極の前記主電極部よりも外側の電極を切り欠く第１の前記切欠き部と、前記両励振電極の他方の励振電極の前記主電極部よりも外側の電極を切り欠く第２の前記切欠き部とは、互いに異なる方向に沿って直線状にそれぞれ切り欠くものであって、かつ、前記第１の切欠き部と前記第２の切欠き部とは、平面視で交差するものであり、前記交差する前記第１，第２の切欠き部によって、複数の前記補助電極部が区画形成される、
請求項１に記載の圧電振動素子。

【請求項3】

前記第１の切欠き部及び前記第２の切欠き部は、前記両励振電極の前記主電極部よりも外側の電極を、その外側の端から内側へ向けてそれぞれ切り欠くものである、
請求項２に記載の圧電振動素子。

【請求項4】

前記第１の切欠き部及び前記第２の切欠き部の少なくともいずれか一方の切り欠き部は、互いに平行に直線状に切り欠く３つ以上の切り欠き部で構成されると共に、隣り合う切欠き部の間隔が、前記主電極部から前記外側に向かう程狭くなる、
請求項３に記載の圧電振動素子。

【請求項5】

前記請求項１ないし４のいずれか一項に記載の圧電振動素子と、
前記圧電振動素子を収容して気密封止するパッケージとを備える、
ことを特徴とする圧電振動子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧電振動素子及び圧電振動子に関する。

【背景技術】

【0002】

各種電子機器の基準信号の信号源として、水晶振動子等の圧電振動子が広く用いられている(例えば、特許文献１参照)。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５－１８４３２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

水晶振動子では、励振させるための励振レベル（ドライブレベル）が高過ぎると、発振周波数が不安定になったり、周波数－温度特性に不規則な変化を生じるので、推奨されている励振レベル以下で使用することが求められる。

【0005】

この励振レベルと発振周波数との関係を示すＤＬＤ(Drive Level Dependence)特性は、水晶振動子に内蔵された水晶素子のサイズが小さくなる程、励振レベルの影響を受け、周波数の変動が大きくなる。

【0006】

一方、水晶振動子のサイズの小型化の要求があり、また、より高い励振レベルで使用したいという要求もある。かかる要求を満たすためには、ＤＬＤ特性を改善して、励振レベルに対する周波数の変動を抑制することが望まれる。

【0007】

本発明は、上記のような点に鑑みて為されたものであって、励振レベルに対する周波数の変動を抑制した圧電振動素子及びそれを備える圧電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】

【0008】

本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。

【0009】

(１)本発明に係る圧電振動素子は、圧電振動板の両主面に励振電極をそれぞれ備え、前記両主面の両励振電極は、中央部に平面視で重なる主電極部を有すると共に、前記主電極部よりも外側の電極が切欠き部によってそれぞれ切り欠かれ、前記両励振電極は、前記切欠き部によって、平面視で前記主電極部よりも外側の電極が重なるように区画形成される複数の補助電極部を有し、各励振電極の前記主電極部と前記複数の補助電極部とは、電気的にそれぞれ接続されている。

【0010】

本発明に係る圧電振動素子によると、励振レベルを高めても発振周波数の変動を抑制することが可能となり、ＤＬＤ特性を改善することができる。

【0011】

このように励振レベルを高めても発振周波数の変動を抑制することができる理由については、理論的に明らかではないが、次のようなことが考えられる。

【0012】

すなわち、主振動領域となる中央部の主電極部の外側には、切欠き部によって、平面視で主電極部よりも外側の電極が重なるように区画形成された複数の補助電極部が設けられている。これら複数の補助電極部は、主電極部に電気的に接続されている一方、単に主電極部を外側に拡大したものではなく、切欠き部によって平面視で電極が重なるように区画形成された領域である。これら区画形成された複数の領域は、独立した補助振動領域とみなすことができ、主振動領域の外側に、独立した複数の補助振動領域が設けられることになる。

【0013】

このため、主振動領域である中央部の主電極部から外側へ広がる主振動を、複数の補助振動領域である複数の補助電極部で減衰させることができる。すなわち、中央部の主振動領域から圧電振動板の外周縁へ向かう主振動を減衰させることができる。これによって、圧電振動板の外周縁からの副振動となる反射波を抑圧することができ、励振レベルを高めても主振動が反射波の影響を受けるのを低減することができ、励振レベルに対する発振周期数の変動を抑制することが可能となる。

【0014】

（２）本発明の好ましい実施態様では、前記両励振電極の一方の励振電極の前記主電極部よりも外側の電極を切り欠く第１の前記切欠き部と、前記両励振電極の他方の励振電極の前記主電極部よりも外側の電極を切り欠く第２の前記切欠き部とは、互いに異なる方向に沿って直線状にそれぞれ切り欠くものであって、かつ、前記第１の切欠き部と前記第２の切欠き部とは、平面視で交差するものであり、前記交差する前記第１，第２の切欠き部によって、複数の前記補助電極部が区画形成される。

【0015】

この実施態様によると、圧電振動板の両励振電極の主電極部よりも外側の電極を、互い異なる方向に沿って直線状にそれぞれ切り欠く第１，第２の切欠き部が平面視で交差することによって、複数の補助電極部を区画形成することができるので、両励振電極に直線状の切欠きを形成するだけで、複数の補助電極部を容易に構成することができる。

【0016】

（３）本発明の他の実施態様では、前記第１の切欠き部及び前記第２の切欠き部は、前記両励振電極の前記主電極部よりも外側の電極を、その外側の端から内側へ向けてそれぞれ切り欠くものである。

【0017】

この実施態様によると、圧電振動板の両主面の両励振電極の主電極部よりも外側の電極を、外側の端から内側へ直線状に連続的に切り欠くことによって、容易に補助電極部を形成することができる。

【0018】

（４）本発明の更に他の実施態様では、前記第１の切欠き部及び前記第２の切欠き部の少なくともいずれか一方の切り欠き部は、互いに平行に直線状に切り欠く３つ以上の切り欠き部で構成されると共に、隣り合う切欠き部の間隔が、前記主電極部から前記外側に向かう程狭くなる。

【0019】

この実施態様によると、隣り合う切欠き部の間隔が、主電極部から外側に向かう程狭くなるので、複数の補助電極部は、主電極部から外側に向かう程、平面視で重なる電極の面積が段階的に小さくなる。このため、主振動領域である主電極部からの主振動を、外側に向かうにつれて複数の補助電極部で段階的に徐々に減衰させることができる。

【0020】

(５)本発明に係る圧電振動子は、上記(１)ないし(４)のいずれかの圧電振動素子と、前記圧電振動素子を収容して気密封止するパッケージとを備える。

【0021】

本発明に係る圧電振動子によると、励振レベルに対する発振周期数の変動が抑制され、ＤＬＤ特性が改善された圧電振動子となる。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、励振レベルを高めても発振周波数の変動を抑制することができ、ＤＬＤ特性を改善することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１は本発明の一実施形態に係る水晶振動子の概略断面図である。

【図2】図２は図１の水晶振動子のリッドを外した状態の概略平面図である。

【図3】図３は図１の水晶振動素子の一方の主面を示す概略平面図である。

【図4】図４は水晶振動素子の一方の主面側から透視した他方の主面を示す概略平面図である。

【図5】図５は図３及び図４を重ね合わせた状態を示す概略平面図である。

【図6】図６は従来例の水晶振動素子の励振電極を示す概略平面図である。

【図7】図７は本実施形態の水晶振動子のＤＬＤ特性を示す図である。

【図8】図８は図６の従来例の水晶振動素子を備える水晶振動子のＤＬＤ特性を示す図である。

【図9】図９は本発明の他の実施形態の水晶振動素子の概略平面図である。

【図10】図１０は本発明の更に他の実施形態の水晶振動素子の概略平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【0025】

図１は、本発明の一実施形態に係る水晶振動子の概略断面図であり、図２は、図１の水晶振動子のパッケージのリッドを外した状態の概略平面図である。

【0026】

この実施形態の水晶振動子１は、直方体状であって、平面視で矩形であり、そのサイズは、例えば、３．２ｍｍ×２．５ｍｍである。水晶振動子１のサイズは、上記に限定されるものではなく、これとは異なるサイズであっても適用可能である。

【0027】

この水晶振動子１は、水晶振動片からなる水晶振動素子２と、この水晶振動素子２を収容して気密に封止するパッケージ３とを備えている。

【0028】

パッケージ３は、上部が開口した収容凹部を有するベース４と、ベース４の開口部に、封止材５を介して接合されるリッド６とを備えている。ベース４にリッド６が接合されて、水晶振動素子２を収容した内部空間７が気密に封止される。

【0029】

ベース４は、図２に示すように、平面視矩形であり、例えば、セラミック材料から構成される。このベース４の内底面には、平面視矩形のベース４の長辺に沿う方向(図２の左右方向)の一端側の両角部に、水晶振動素子２が接合される一対の電極パッド８，８が形成されている。

【0030】

水晶振動素子２は、平面視矩形の水晶振動板９を備え、この水晶振動板９の中央部の表裏の両主面に、一対の励振電極１１，１２が後述のように形成されている。一方の励振電極１１は、引出し電極１５を介して導電性樹脂接着剤等の導電性接合材１３によって、一方の前記電極パッド８に接合される。他方の励振電極１２は、引出し電極１６(図４参照)を介して導電性接合材１３によって、他方の前記電極パッド８に接合される。ベース４の外底面には、当該水晶振動子１を外部の回路基板等に実装するための複数の外部接続端子（図示せず）が形成されており、一対の前記電極パッド８，８が、内部の配線を介して外部接続端子に電気的に接続されている。

【0031】

この実施形態の水晶振動子１では、励振レベルに対する周波数の変動を抑制するために、水晶振動素子２の励振電極１１，１２を次のように構成している。

【0032】

図３は、水晶振動素子２の水晶振動板９の一方の主面である表面側を示す概略平面図であり、図４は、水晶振動素子２の水晶振動板９の表面側から透視した他方の主面である裏面側を示す概略平面図であり、図５は、それらを重ね合わせた状態を示す概略平面図である。

【0033】

この実施形態の水晶振動板９を構成する水晶板は、矩形の水晶板を水晶の結晶軸であるＸ軸の周りに３５°１５´回転させて加工したＡＴカットの水晶板であり、回転した新たな軸がＹ´軸及びＺ´軸である。このＡＴカットの水晶板では、その表裏の両主面が、ＸＺ´平面である。

【0034】

このＸＺ´平面において、平面視矩形の水晶振動板９の長辺に沿う方向（図３～図５の上下方向）がＸ軸方向となり、水晶振動板９の短辺に沿う方向（図３～図５の左右方向）がＺ´軸方向となる。

【0035】

ＡＴカットの水晶振動板９の主振動は、厚み滑り振動であって、その振動方向は、Ｘ軸方向である。

【0036】

この水晶振動板９は、図３～図５に示すように、Ｘ軸方向の長さが、Ｚ´軸方向の長さに比べて長い、いわゆる、Ｘロングの水晶振動板である。

【0037】

この実施形態では、水晶振動板９の両主面にそれぞれ形成された励振電極１１，１２が重ね合われた状態の図５に示すように、両励振電極１１，１２は、その中央部に、平面視で重なる矩形の主電極部ＭＥを備えている。

【0038】

図３～図５では、説明の便宜上、水晶振動板９の励振電極１１，１２の中央部の矩形の領域である主電極部ＭＥの境界を仮想線で示している。

【0039】

水晶振動板９の表面の励振電極１１は、図３に示すように、平面視で、大略矩形であり、その長辺及び短辺は、水晶振動板９の長辺及び短辺に沿ってそれぞれ延びている。

【0040】

この大略矩形の励振電極１１の一対の長辺の内の一方の長辺（図３の右側の長辺）の中央位置から上記の引出し電極１５が引出され、この引出し電極１５は、長辺に沿って延出して、上記図２のベース４の内底面の一方の電極パッド８に接合される。

【0041】

大略矩形の励振電極１１は、中央部の主電極部ＭＥよりも外側の電極が、励振電極１１の長辺に沿って直線状に延びる複数、この例では１２本の第１の切欠き部２１_１～２１_１２によってスリット状にそれぞれ切り欠かれている。

【0042】

１２本の第１の切欠き部２１_１～２１_１２の内の６本の第１の切欠き部２１_１～２１_６は、大略矩形の励振電極１１の一対の短辺の内の一方の短辺(図３の上側の短辺)の端である外側から他方の短辺(図３の下側の短辺)側である内側へ向けて切り欠かれており、前記一方の短辺側が、各第１の切欠き部２１_１～２１_６の開放端となっている。

【0043】

１２本の第１の切欠き部２１_１～２１_１２の内の６本の第１の切欠き部２１_７～２１_１２は、大略矩形の励振電極１１の一対の短辺の内の他方の短辺(図３の下側の短辺)の端である外側から前記一方の短辺側である内側へ向けて切り欠かれており、前記他方の短辺側が、各第１の切欠き部２１_６～２１_１２の開放端となっている。

【0044】

前記一方の短辺側を開放端とする６本の第１の切欠き部２１_１～２１_６と、前記他方の短辺側を開放端とする６本の第１の切欠き部２１_６～２１_１２とは、互いに対応する位置に形成されており、それぞれを、励振電極１１の長辺に沿って延長したと想定すると、それぞれが連続する切欠きとなる位置に形成されている。

【0045】

前記一方の短辺(図３の上側の短辺)側を開放端とする６本の第１の切欠き部２１_１～２１_６は、互いに平行である。これら６本の各第１の切欠き部２１_１～２１_６は、大略矩形の励振電極１１の長辺に沿って延びる長さが等しく、かつ、短辺に沿う幅も等しい切欠きである。

【0046】

これら６本の第１の切欠き部２１_１～２１_６は、励振電極１１の中央部の主電極部ＭＥを、励振電極１１の短辺に沿う方向(図３の左右方向)の両側から挟むように、３本ずつ形成されている。

【0047】

この３本ずつの第１の切欠き部２１_１～２１_３，２１_４～２１_６は、隣合う間隔が、大略矩形の励振電極１１の中央部の主電極部ＭＥから離間するのに伴って、すなわち、中央部から外側に向かうのに伴って、狭くなるように形成されている。

【0048】

例えば、一対の長辺の内の他方の長辺（図３の左側の長辺）寄りの３本の第１の切欠き部２１_１～２１_３では、図３に示すように、主電極部ＭＥに最も近い内側の第１の切欠き部２１_３とそれと隣合う外側の第１の切欠き部２１_２との間隔Ｓ２に比べて、この外側の第１の切欠き部２１_２とそれと隣合う更に外側の第１の切欠き部２１_１との間隔Ｓ１は狭い。

【0049】

この間隔Ｓ１、及び、間隔Ｓ２は、一対の長辺の内の一方の長辺（図３の右側の長辺）寄りの３本の第１の切欠き部２１_４～２１_６において、最も外側の第１の切欠き部２１_６とそれと隣合う内側の第１の切欠き部２１_５との間隔、及び、この内側の第１の切欠き部２１_５とそれと隣合う更に内側の第１の切欠き部２１_４との間隔にそれぞれ等しい。

【0050】

前記他方の短辺(図３の下側の短辺)側を開放端とする６本の第１の切欠き部２１_７～２１_１２も、前記一方の短辺側を開放端とする前記６本の第１の切欠き部２１_１～２１_６と同様に、互いに平行であって、長辺に沿って延びる長さが等しく、かつ、短辺に沿う幅も等しい切欠きである。

【0051】

これら６本の第１の切欠き部２１_７～２１_１２も、前記６本の第１の切欠き部２１_１～２１_６と同様に、励振電極１１の中央部の主電極部ＭＥを、励振電極１１の短辺に沿う方向(図３の左右方向)の両側から挟むように、３本ずつ形成されており、隣合う間隔が、中央部の主電極部ＭＥから離間するのに伴って、狭くなるように形成されている。

【0052】

すなわち、１２本の第１の切欠き部２１_１～２１_１２の内、前記一方の短辺(図３の上側の短辺)側を開放端とする６本の第１の切欠き部２１_１～２１_６と、前記他方の短辺(図３の下側の短辺)側を開放端とする６本の第１の切欠き部２１_７～２１_１２とは、図３に示すように、大略矩形の励振電極１１の一対の長辺を垂直にそれぞれ二等分する仮想の第１対称軸Ａｘ１に対して線対称となっている。

【0053】

この第１対称軸Ａｘ１に対して線対称な６本の第１の切欠き部２１_１～２１_６と、６本の第１の切欠き部２１_７～２１_１２とは、長辺方向に連続することなく、分離されているので、これら１２本の第１の切欠き部２１_１～２１_１２以外の励振電極１１の領域は、電気的に接続されている。

【0054】

水晶振動板９の裏面の励振電極１２は、図４に示すように、平面視で、大略矩形であり、その長辺及び短辺は、水晶振動板９の長辺及び短辺に沿ってそれぞれ延びている。

【0055】

この大略矩形の励振電極１２の一対の長辺の内の一方の長辺（図４の左側の長辺）の中央位置から引出し電極１６が引出され、この引出し電極１５は、長辺に沿って延出して、上記図２のベース４の内底面の他方の電極パッド８に接合される。

【0056】

大略矩形の励振電極１２は、中央部の主電極部ＭＥよりも外側の電極が、励振電極１２の短辺に沿って直線状に延びる複数、この例では８本の第２の切欠き部２２_１～２２_８によってスリット状にそれぞれ切り欠かれている。

【0057】

８本の第２の切欠き部２２_１～２２_８は、大略矩形の励振電極１２の一対の長辺の内の一方の長辺(図４の右側の長辺)の端である外側から他方の長辺(図４の左側の長辺)側である内側へ向けて切り欠かれており、前記一方の長辺側が、各第２の切欠き部２２_１～２２_８の開放端となっている。

【0058】

８本の第２の切欠き部２２_１～２２_８は、互いに平行である。８本の各第２の切欠き部２２_１～２２_８は、大略矩形の励振電極１２の短辺に沿って延びる長さが等しく、かつ、長辺に沿う幅も等しい切欠きである。

【0059】

これら８本の第２の切欠き部２２_１～２２_８は、励振電極１２の中央部の主電極部ＭＥを、励振電極１２の長辺に沿う方向(図４の上下方向)の両側から挟むように、４本ずつ形成されている。

【0060】

８本の各第２の切欠き部２２_１～２２_８は、大略矩形の励振電極１２の短辺に沿って形成されているが、短辺の全長に亘る長さより短い、すなわち、対向する長辺間を横切る長さではないので、これら８本の第２の切欠き部２２_１～２２_８以外の励振電極１２の領域は、連続しており、電気的に接続されている。

【0061】

４本ずつの第２の切欠き部２２_１～２２_４，２２_５～２１_８は、隣合う間隔が、大略矩形の励振電極１２の中央部の主電極部ＭＥから離間するのに伴って、すなわち、中央部から外側に向かうのに伴って、狭くなるように形成されている。

【0062】

例えば、一対の短辺の内の一方の短辺(図４の上側の短辺)寄りの４本の第２の切欠き部２２_１～２２_４では、図４に示すように、主電極部ＭＥに最も近い内側の第２の切欠き部２２_４とそれと隣合う外側の第２の切欠き部２２_３との間隔Ｓ５に比べて、この外側の第２の切欠き部２２_３とそれと隣合う外側の第２の切欠き部２２_２との間隔Ｓ４は狭く、更に、この間隔Ｓ４に比べて、外側の第２の切欠き部２２_２とそれと隣合う最も外側の第２の切欠き部２２_１との間隔Ｓ３は狭い。

【0063】

この間隔Ｓ３、Ｓ４、及び、Ｓ５は、一対の短辺の内の他方の短辺（図４の下側の短辺）寄りの４本の第２の切欠き部２２_５～２２_８において、最も外側の第２の切欠き部２２_８とそれと隣合う内側の第２の切欠き部２２_７との間隔、この第２の切欠き部２２_７とそれと隣合う内側の第２の切欠き部２２_６との間隔、及び、この第２の切欠き部２２_６とそれと隣合う最も内側の第２の切欠き部２２_５との間隔にそれぞれ等しい。

【0064】

上記のように、８本の第２の切欠き部２２_１～２２_８の内の上記４本ずつの第２の切欠き部２２_１～２２_４，２２_５～２２_８は、中央部の主電極部ＭＥを挟んで同様の構成である。主電極部ＭＥよりも前記一方の短辺(図４の上側の短辺)寄りの４本の第２の切欠き部２２_１～２２_４と、主電極部ＭＥよりも前記他方の短辺（図４の下側の短辺）寄りの４本の第２の切欠き部２２_８～２２_５とは、図４に示すように、大略矩形の励振電極１２の一対の長辺を垂直にそれぞれ二等分する仮想の第２対称軸Ａｘ２に対して線対称となっている。

【0065】

この実施形態では、図３に示すように、水晶振動板９の表面の励振電極１１では、中央部の主電極部ＭＥよりも外側の電極が、大略矩形の励振電極１１の長辺に沿って延びる第１の切欠き部２１_１～２１_１２によって切り欠かれる一方、図４に示すように、水晶振動板９の裏面の励振電極１２では、中央部の主電極部ＭＥよりも外側の電極が、大略矩形の励振電極１２の短辺に沿って延びる第２の切欠き部２２_１～２２_８によって切り欠かれている。

【0066】

したがって、水晶振動板９の表裏の励振電極１１，１２を重ね合せた平面視では、図５に示すように、第１，第２の切欠き部２１_１～２１_１２，２２_１～２２_８を除く大略矩形の励振電極１１，１２が重なる。

【0067】

また、大略矩形の励振電極１１，１２の主電極部ＭＥよりも前記一方の短辺(図５の上側の短辺)側で、長辺に沿って延びる第１の切欠き部２１_３～２１_６と、短辺に沿って延びる第２の切欠き部２２_１～２２_４とが、直角に交差する一方、大略矩形の励振電極１１，１２の主電極部ＭＥよりも前記他方の短辺側(図５の下側の短辺)で、長辺に沿って延びる第１の切欠き部２１_９～２１_１２と、短辺に沿って延びる第２の切欠き部２２_５～２２_８とが、直角に交差する。

【0068】

このように大略矩形の表裏の励振電極１１，１２の直線状の第１，第２の切欠き部２１_３～２１_６，２２_１～２２_４；２１_９～２１_１２，２２_５～２２_８が、平面視で直角に交差することによって、これら第１，第２の切欠き部２１_３～２１_６，２２_１～２２_４；２１_９～２１_１２，２２_５～２２_８によって平面視で区画された複数、この例では１８個の平面視矩形の第１～第１８補助電極部ＡＥ１～ＡＥ１８が、斜線で示すように形成される。第１～第９補助電極部ＡＥ１～ＡＥ９は、中央部の主電極部ＭＥよりも前記一方の短辺側に区画形成され、第１０～第１８補助電極部ＡＥ１０～ＡＥ１８は、主電極部ＭＥよりも前記他方の短辺側に区画形成される。

【0069】

中央部の主電極部ＭＥは、大略矩形の励振電極１１，１２の長辺に沿う方向(図５の上下方向)の長さが、第２の切欠き部２２_４と第２の切欠き部２２_５との間隔で規定される。

【0070】

また、主電極部ＭＥの励振電極１１，１２の短辺方向(図５の左右方向)に沿う長さが、第１の切欠き部２１_３と第１の切欠き部２１_４との間隔で規定され、この間隔は、第１の切欠き部２１_９と第１の切欠き部２１_１０との間隔に等しい。

【0071】

第１～第９補助電極部ＡＥ１～ＡＥ９は、第１，第２の切欠き部２１_３～２１_６，２２_１～２２_４の交差によって平面視で区画形成される領域であり、第１０～第１８補助電極部ＡＥ１０～ＡＥ１８は、第１，第２の切欠き部２１_９～２１_１２，２２_５～２２_８の交差によって平面視で区画形成される領域である。

【0072】

具体的には、第１～第３補助電極部ＡＥ１～ＡＥ３は、励振電極１１を長辺に沿ってそれぞれ切り欠く２本の第１の切欠き部２１_３，２１_４と、励振電極１２を短辺に沿ってそれぞれ切り欠く４本の第２の切欠き部２２_４,２２_３，２２_２，２２_１との交差によってそれぞれ区画形成される。また、第４～第６補助電極部ＡＥ４～ＡＥ６は、励振電極１１を長辺に沿ってそれぞれ切り欠く２本の第１の切欠き部２１_４，２１_５と、励振電極１２を短辺に沿ってそれぞれ切り欠く上記の４本の第２の切欠き部２２_４,２２_３，２２_２，２２_１との交差によってそれぞれ区画形成される。更に、第７～第９補助電極部ＡＥ７～ＡＥ９は、励振電極１１を長辺に沿ってそれぞれ切り欠く２本の第１の切欠き部２１_５，２１_６と、励振電極１２を短辺に沿ってそれぞれ切り欠く上記の４本の第２の切欠き部２２_４,２２_３，２２_２，２２_１との交差によってそれぞれ区画形成される。

【0073】

同様に、第１０～第１２補助電極部ＡＥ１０～ＡＥ１２は、励振電極１１を長辺に沿ってそれぞれ切り欠く２本の第１の切欠き部２１_９，２１_１０と、励振電極１２を短辺に沿ってそれぞれ切り欠く４本の第２の切欠き部２２_５,２２_６，２２_７，２２_８との交差によってそれぞれ区画形成される。また、第１３～第１５補助電極部ＡＥ１３～ＡＥ１５は、励振電極１１を長辺に沿ってそれぞれ切り欠く２本の第１の切欠き部２１_１０，２１_１１と、励振電極１２を短辺に沿ってそれぞれ切り欠く上記の４本の第２の切欠き部２２_５,２２_６，２２_７，２２_８との交差によってそれぞれ区画形成される。更に、第１６～第１８補助電極部ＡＥ１６～ＡＥ１８は、励振電極１１を長辺に沿ってそれぞれ切り欠く２本の第１の切欠き部２１_１１，２１_１２と、励振電極１２を短辺に沿ってそれぞれ切り欠く上記の４本の第２の切欠き部２２_５,２２_６，２２_７，２２_８との交差によってそれぞれ区画形成される。

【0074】

このように、第１，第２の切欠き部２１_３～２１_６，２２_１～２２_４；２１_９～２１_１２，２２_５～２２_８の交差によって平面視で区画形成される各補助電極部ＡＥ１～ＡＥ１８は、各励振電極１１，１２が平面視で部分的に重なる領域であって、中央部の主電極部ＭＥにそれぞれ電気的に接続されている領域である。

【0075】

これらの各補助電極部ＡＥ１～ＡＥ１８は、それぞれ補助振動領域を形成する。

【0076】

上記構成を有する本実施形態の水晶振動子１と、比較例として、励振電極が矩形である従来の水晶振動子について、ＤＬＤ特性をそれぞれ測定した。

【0077】

図６は、比較例としての従来の水晶振動子の水晶振動素子の概略平面図であり、本実施形態の図５に対応する概略平面図である。

【0078】

この図６に示すように、従来の水晶振動素子３０は、平面視矩形の水晶振動板３１を備え、この水晶振動板３１の中央部の表裏の両主面には、一対の矩形の励振電極３２，３３が、平面視で完全に重なるように形成されている。各励振電極３２，３３は、矩形の各励振電極の一方の短辺(図６の下方の短辺)側から引出し電極３４，３５がそれぞれ引出されている。各引出し電極３４，３５が、本実施形態の水晶振動子１と同様に、導電性接合材１３によって、ベース４の一対の各電極パッド８，８にそれぞれ接合される。

【0079】

比較例としての従来の水晶振動子は、この水晶振動素子３０以外の構成は、本実施形態の水晶振動子１の構成と同じである。

【0080】

ここで、本実施形態の水晶振動素子２の電極面積と、図６の従来例の水晶振動素子３０の励振電極３２，３３の電極面積とについて説明する。

【0081】

本実施形態の水晶振動素子３の大略矩形の励振電極１１，１２は、その長辺に沿う方向の長さが、１．３２ｍｍであり、短辺に沿う方向の長さが、０．９ｍｍである。

【0082】

また、各第１の切欠き部２１_１～２１_１２の幅は、０．００５ｍｍであり、長さは、０．８ｍｍであり、本数は１２本であるので、水晶振動板９の一方の主面である表面の主電極部ＭＥを含む全体の電極面積は、
１．３２×０．９－(０．００５×０．８×１２)＝１．１４ｍｍ^２
である。

【0083】

また、各第２の切欠き部２２_１～２２_８の幅は、０．００５ｍｍであり、長さは、０．５６ｍｍであり、本数は８本であるので、水晶振動板９の他方の主面である裏面の主電極部ＭＥを含む全体の電極面積は、
１．３２×０．９－(０．００５×０．５６×８)＝１．１６５６ｍｍ^２
である。

【0084】

これに対して、図６に示される従来例の水晶振動素子３０の励振電極３２，３の電極面積は、
１．１ｍｍ×０．７５ｍｍ＝０．８２５ｍｍ^２である。

【0085】

したがって、本実施形態の水晶振動板９の一方の主面である表面の電極面積、及び、他方の主面である裏面の電極面積を、従来例の電極面積とそれぞれ比較すると、
一方の主面の電極面積について、
１．１４÷０．８２５＝１．３８
他方の主面の電極面積について、
１．１６５６÷０．８２５＝１．４１
となる。

【0086】

このように本実施形態の水晶振動素子２の各主面の電極面積は、従来の各主面の励振電極３２，３３の電極面積の約１．４倍となっている。

【0087】

また、本実施形態の水晶振動素子２の中央部の主電極部ＭＥの電極面積は、
０．７２４ｍｍ×０．６７ｍｍ＝０．４８５０８ｍｍ^２である。

【0088】

したがって、中央部の主電極部ＭＥのみの電極面積を従来例の電極面積と比較すると、
０．４８５０８÷０．８２５＝０．５８８
となり、本実施形態の水晶振動素子２の主電極部ＭＥの電極面積は、従来例の電極面積の約６割となっている。

【0089】

図７は、本実施形態の水晶振動子１のＤＬＤ特性を示す図であり、図８は、図６の水晶振動素子３０を備える従来例の水晶振動子のＤＬＤ特性を示す図である。

【0090】

この図７，図８では、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）のＤＬＤ特性も併せて示しており、横軸は励振レベルＤＬ（μＷ）であり、左縦軸は発振周波数（４０ＭＨｚ）を基準とする周波数偏差ｄＦ／Ｆ(ｐｐｍ)であり、右縦軸はＣＩ値(Ω)である。なお、横軸は対数目盛である。

【0091】

本実施形態及び従来例の各水晶振動子について、励振レベルＤＬを１０００μＷまで変化させて、周波数偏差ｄＦ／Ｆ及びＣＩ値を測定した。

【0092】

従来例の水晶振動子では、図８に示すように、励振レベルＤＬが増加するのに伴なって１０μＷ付近から周波数偏差ｄＦ／Ｆが徐々に増加し、励振レベルＤＬが、１００μＷを超えると、周波数偏差ｄＦ／Ｆが急激に大きくなり、ＣＩ値も増加している。

【0093】

これに対して、この実施形態の水晶振動子１では、図７に示すように、励振レベルＤＬが、１０００μＷで約０．８ｐｐｍと殆ど増加することなく、略平坦な特性を示している。ＣＩ値についても増加は見られない。

【0094】

以上のように本実施形態の水晶振動子１によると、励振レベルＤＬを高めても発振周波数の変動を抑制することが可能となり、ＤＬＤ特性を略平坦な特性に改善することができる。

【0095】

このように励振レベルＤＬを高めても発振周波数の変動を抑制することができる理由については、理論的に明確ではないが、次のように考えることができる。

【0096】

すなわち、主振動領域となる中央部の主電極部ＭＥの外側には、第１，第２切欠き部２１_１～２１_１２，２２_１～２２_８によって、平面視で主電極部ＭＥよりも外側の電極が重なるように区画形成された複数の補助電極部ＡＥ１～ＡＥ１８が設けられている。これら複数の補助電極部ＡＥ１～ＡＥ１８は、主電極部ＭＥに電気的に接続されている一方、単に主電極部ＭＥを外側に拡大したものではなく、第１，第２切欠き部２１_１～２１_１２，２２_１～２２_８によって平面視で電極が重なるように区画形成された複数の領域であり、これら複数の領域は、独立した複数の補助振動領域とみなすことができる。

【0097】

このため、主振動領域である中央部の主電極部ＭＥから外側へ広がる主振動を、複数の補助振動領域である複数の補助電極部ＡＥ１～ＡＥ１８で減衰させることができる。すなわち、主振動領域である主電極部ＭＥから水晶振動板９の外周縁へ向かう主振動を減衰させることができる。このように主振動領域から水晶振動板９の外周縁へ向かう主振動を減衰させることによって、水晶振動板９の外周縁からの副振動となる反射波を抑圧することができる。これによって、励振レベルＤＬを高めても主振動が反射波の影響を受けるのを低減することができ、励振レベルＤＬに対する発振周期数の変動を抑制することが可能となる。

【0098】

また、上記のように、本実施形態の水晶振動素子２の各主面の電極面積は、従来例の各主面の電極面積に比べて大きいので、電極の単位面積当たりに印加される電圧は、従来例に比べて小さくなり、励振レベルＤＬに対する発振周期数の変動を、従来例に比べて抑制することができる。

【0099】

更に、ＡＴカットの水晶板からなる水晶振動板９の主振動である厚み滑り振動の振動方向は、Ｘ軸方向である。

【0100】

この実施形態では、水晶振動板９の大略矩形の励振電極１１，１２の中央部の主電極部ＭＥよりも各短辺側には、振動方向であるＸ軸方向に沿ってそれぞれ３つの各補助電極部ＡＥ１～ＡＥ３，ＡＥ１０～ＡＥ１２が設けられている。これによって、中央部の主電極部ＭＥから外側へ広がる主振動を、その振動方向であるＸ軸方向に沿ってそれぞれ配置された３つずつ補助電極部ＡＥ１～ＡＥ３，ＡＥ１０～ＡＥ１２で効果的に減衰させることができ、副振動となる反射波を抑圧して主振動への影響を低減することができる。

【0101】

また、水晶振動板９は、上記のようにＸロングの水晶振動板であるので、Ｚ´ロングの水晶振動板に比べて、励振レベルＤＬに対する発振周期数の変動を抑制する効果が大きい。

【0102】

しかも、３つの各補助電極部ＡＥ１～ＡＥ３，ＡＥ１０～Ｅ１２は、主電極部ＭＥから外側である大略矩形の励振電極１１，１２の各短辺側に向かう程、平面視で重なる電極の面積が段階的に小さくなっている。このため、主振動領域である主電極部ＭＥからの主振動を、外側に向かうにつれて３つの各補助電極部ＡＥ１～ＡＥ３，ＡＥ１０～ＡＥ１２で段階的に徐々に減衰させることができる。

【0103】

上記実施形態では、第１，第２の切欠き部２１_１～２１_１２，２２_１～２２_８は、直角に交差したが、必ずしも直角に交差する必要はなく、平面視で電極が重なる補助電極部を区画形成できればよい。

【0104】

上記実施形態では、各切欠き部２１_１～２１_１２，２２_１～２２_８は、等しい幅であったが、異なる幅の切欠きとしてもよい。

【0105】

上記実施形態では、水晶振動板９の中央部の主電極部ＭＥの外側に、大略矩形の励振電極１１，１２を、第１，第２の切欠き部２１_１～２１_１２，２２_１～２２_８によってそれぞれ直線状に切り欠いたが、切欠きは、直線状に限らず、曲線状であってもよい。

【0106】

また、線状に連続する切欠きに限らず、例えば、上記図５に対応する図９に示すように、水晶振動板９ａの中央部の主電極部ＭＥａよりも外側の電極を、表裏で位置をずらして多数の正六角形の切欠き部４０や部分正六角形の切欠き部４１によって切欠き、これら表裏で位置をずらした六角形状の切欠き部４０，４１によって、平面視で重なる多数の補助電極部を区画形成してもよい。

【0107】

あるいは、正六角形や部分正六角形に代えて、例えば、図１０に示すように、水晶振動板９ｂの中央部の主電極部ＭＥｂよりも外側の電極を、表裏で位置をずらして、多数の円形の切欠き部４２によって切欠き、これら表裏で位置をずらした円形の切欠き部４２によって、平面視で重なる多数の補助電極部を区画形成してもよい。

【0108】

この図９及び図１０に示される水晶振動素子２ａ，２ｂをそれぞれ備える各水晶振動子は、上記図８に示される従来例の水晶振動子に比べて、周波数変動の少ない平坦なＤＬＤ特性を示した。

【0109】

上記実施形態では、隣合う切欠き部の間隔を、中央部の主電極部ＭＥから離間するのに伴って、狭くなるように形成したが、等しい間隔、あるいは、広くなるように形成してもよい。

【0110】

上記実施形態では、ＡＴカットの水晶振動板に適用して説明したが、ＡＴカットに限らず、ＳＣカット等の水晶振動板を用いてもよい。また、水晶振動板に限らず、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料からなる圧電振動板を用いてもよい。

【符号の説明】

【0111】

１ 水晶振動子
２ 水晶振動素子
３ パッケージ
４ ベース
５ 封止材
６ リッド
９ 水晶振動板
１１，１２ 励振電極
１５，１６ 引出し電極
２１_１～２１_１２ 第１の切欠き部
２２_１～２２_８ 第２の切欠き部
ＭＥ 主電極部
ＡＥ１～ＡＥ１８ 補助電極部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】