特許 7559352 振動素子、発振器、電子機器、及び移動体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-24

(45)【発行日】2024-10-02

(54)【発明の名称】振動素子、発振器、電子機器、及び移動体

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/02 20060101AFI20240925BHJP

   H03H 9/19 20060101ALI20240925BHJP

   H10N 30/20 20230101ALI20240925BHJP

   H10N 30/30 20230101ALI20240925BHJP

   H10N 30/80 20230101ALI20240925BHJP

【ＦＩ】

H03H9/02 J

H03H9/02 N

H03H9/19 D

H10N30/20

H10N30/30

H10N30/80

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020087260

(22)【出願日】2020-05-19

(65)【公開番号】P2021182690

(43)【公開日】2021-11-25

【審査請求日】2023-03-03

(73)【特許権者】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(74)【代理人】

【識別番号】100216253

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100225901

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 真之

(72)【発明者】

【氏名】西澤 竜太

(72)【発明者】

【氏名】松尾 敦司

(72)【発明者】

【氏名】山口 啓一

(72)【発明者】

【氏名】松永 拓

【審査官】志津木 康

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－０２１７４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１９７８２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０９８８４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０２６６５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０１８２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２２４４５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｈ３／００７－３／１０

Ｈ０３Ｈ９／００－９／７６

Ｈ１０Ｎ３０／００－３９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

両主面を含み、第１振動部と第２振動部と第３振動部とを有する水晶基板と、
前記第１振動部において前記水晶基板の前記両主面に形成されている一対の第１励振電
極と、
前記第２振動部において前記第２振動部を前記水晶基板の厚さ方向に挟むように形成さ
れている一対の第２励振電極と、
前記第３振動部において前記第３振動部を前記水晶基板の厚さ方向に挟むように形成さ
れている一対の第３励振電極と、を備え、
前記一対の第２励振電極のうちの少なくとも一方の前記第２励振電極は、前記両主面に
対して傾斜している第１傾斜面に形成され、
前記一対の第３励振電極のうちの少なくとも一方の前記第３励振電極は、前記両主面に
対して傾斜している第２傾斜面に形成され、
前記第２傾斜面は、前記第１傾斜面に対して傾斜しており、
水晶の結晶軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）のＸ軸およびＺ軸に沿った面をＸ軸の回りに回転させた角
度を切断角度としたとき、
前記両主面の切断角度は、略３５°１５´であり、
前記両主面と前記第１傾斜面と前記第２傾斜面とは切断角度が異なり、
前記第１傾斜面の切断角度は、前記両主面の切断角度よりも大きく、前記第２傾斜面の
切断角度は、前記両主面の切断角度よりも小さく、
前記第１傾斜面の切断角度をθａとし、
前記第２傾斜面の切断角度をθｂとしたとき、
θａ－５′≦θｂ≦θａ－２０°を満たす、
振動素子。

【請求項2】

前記第１振動部と前記第２振動部と前記第３振動部とは、周波数－温度特性が異なる、
請求項１に記載の振動素子。

【請求項3】

前記第２振動部の周波数－温度特性および前記第３振動部の周波数－温度特性は、前記
第１振動部の周波数－温度特性よりも周波数変化量が大きい、
請求項２に記載の振動素子。

【請求項4】

前記第１傾斜面および前記第２傾斜面は、前記第１振動部から離れるにしたがって前記
第２振動部の厚さおよび前記第３振動部の厚さが薄くなるように傾斜している、
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の振動素子。

【請求項5】

前記第１傾斜面および前記第２傾斜面は、前記第１振動部に近づくにしたがって前記第
２振動部の厚さおよび前記第３振動部の厚さが薄くなるように傾斜している、
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の振動素子。

【請求項6】

前記第１振動部は、前記両主面のうちの少なくとも一方の前記主面に凸部が形成されて
いる、
請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の振動素子。

【請求項7】

前記振動素子は、前記振動素子をパッケージに固定する固定部を有し、前記第１振動部
、前記第２振動部および前記第３振動部と、前記固定部との間に、貫通孔および幅狭部の
少なくとも一方を備える、
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の振動素子。

【請求項8】

前記第１振動部と前記第２振動部との間、および前記第１振動部と前記第３振動部との
間の少なくとも一方に、貫通孔および薄肉部の少なくとも一方を備える、
請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の振動素子。

【請求項9】

請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の振動素子と、
前記第１励振電極に電気的に接続され、第１発振信号を出力する第１発振回路と、
前記第２励振電極に電気的に接続され、第２発振信号を出力する第２発振回路と、
前記第３励振電極に電気的に接続され、第３発振信号を出力する第３発振回路と、
前記第２発振信号および前記第３発振信号の少なくとも一方が入力され、前記入力され
た信号に基づいて、前記第１発振信号の発振周波数を制御する制御信号を出力する制御信
号出力回路と、を備えている、
発振器。

【請求項10】

温度センサーと、
前記第２発振信号および前記第３発振信号が入力され、前記温度センサーの温度検出結
果に基づいて、前記第２発振信号または前記第３発振信号を選択的に出力する出力選択回
路と、をさらに備え、
前記制御信号出力回路は、前記出力選択回路の出力信号に基づいて、前記制御信号を出
力する、
請求項９に記載の発振器。

【請求項11】

前記出力選択回路は、前記第２発振信号および前記第３発振信号のうち、前記温度セン
サーが検出した温度における周波数変化量が大きい周波数－温度特性を有する方を選択し
て出力する、
請求項１０に記載の発振器。

【請求項12】

請求項９乃至請求項１１の何れか一項に記載の発振器を備えている、
電子機器。

【請求項13】

請求項９乃至請求項１１の何れか一項に記載の発振器を備えている、
移動体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、振動素子、発振器、電子機器、及び移動体に関する。

【背景技術】

【0002】

広い温度範囲に亘って安定した周波数信号を得ることを目的として、温度検出用素子と温度補償回路とを備えた温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ：Temperature Compensated Crystal Oscillator）が広く使用されている。しかし、ＴＣＸＯは、水晶からなる振動素子と温度検出用素子とが別々に構成されているため、温度検出用素子が検出した温度と、振動素子の温度との間には検出誤差が生じ、高精度な温度補償を行うことが難しい。

【0003】

そのため、特許文献１に示すように、共通の圧電板に、発振信号出力用の第１振動部と温度検出用の第２振動部とを設けた振動素子が開示されている。共通の圧電板に２つの振動部を形成しているため、第１振動部と第２振動部の間の熱伝達が速やかに行われる。従って、振動素子と温度検出用素子とが別々に構成されている場合に比べ、温度検出用の第２振動部により検出される温度と、発振信号出力用の第１振動部の温度と、の間の検出誤差は小さくなり、より高精度な温度補償を行うことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１３－９８８４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載の振動素子では、発振信号出力用の励振電極と温度検出用の励振電極とが、圧電板の切断角度が同じ面に形成されているので、発振信号出力用の第１振動部と温度検出用の第２振動部とは、同様の周波数－温度特性を有することになる。発振信号出力用の第１振動部は、温度変化に対して周波数変化が小さくなるような切断角度に設定されるため、それにともなって温度検出用の第２振動部も温度変化に対して周波数変化が小さい周波数－温度特性となり、周波数変化に対する温度変化の分解能が低く、精度の良い温度検出ができないという課題がある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

振動素子は、第１振動部と第２振動部と第３振動部とを有する水晶基板と、前記第１振動部において前記水晶基板の両主面に形成されている一対の第１励振電極と、前記第２振動部において前記第２振動部を前記水晶基板の厚さ方向に挟むように形成されている一対の第２励振電極と、前記第３振動部において前記第３振動部を前記水晶基板の厚さ方向に挟むように形成されている一対の第３励振電極と、を備え、前記一対の第２励振電極のうちの少なくとも一方の前記第２励振電極は、前記両主面に対して傾斜している第１傾斜面に形成され、前記一対の第３励振電極のうちの少なくとも一方の前記第３励振電極は、前記両主面に対して傾斜している第２傾斜面に形成され、前記第２傾斜面は、前記第１傾斜面に対して傾斜している。

【0007】

発振器は、上記に記載の振動素子と、前記第１励振電極に電気的に接続され、第１発振信号を出力する第１発振回路と、前記第２励振電極に電気的に接続され、第２発振信号を出力する第２発振回路と、前記第３励振電極に電気的に接続され、第３発振信号を出力する第３発振回路と、前記第２発振信号および前記第３発振信号の少なくとも一方が入力され、前記入力された信号に基づいて、前記第１発振信号の発振周波数を制御する制御信号を出力する制御信号出力回路と、を備えている。

【0008】

電子機器は、上記に記載の発振器を備えている。

【0009】

移動体は、上記に記載の発振器を備えている。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態１に係る振動素子を示す平面図。

【図2】図１中のＡ－Ａ線断面図。

【図3】水晶基板の切断角度を示す図。

【図4】水晶基板の切断角度と周波数－温度特性の関係を示す図。

【図5】振動素子の周波数－温度特性の一例を示す図。

【図6】振動素子の製造工程を表す断面模式図。

【図7】振動素子の製造工程を表す断面模式図。

【図8】振動素子の製造工程を表す断面模式図。

【図9】振動素子の製造工程を表す断面模式図。

【図10】振動素子の製造工程を表す断面模式図。

【図11】振動素子の製造工程を表す断面模式図。

【図12】実施形態２に係る振動素子を示す平面図。

【図13】図１２中のC－Ｃ線断面図。

【図14】実施形態３に係る振動素子を示す平面図。

【図15】図１４中のＤ－Ｄ線断面図。

【図16】実施形態４に係る振動素子を示す平面図。

【図17】図１６中のＥ－Ｅ線断面図。

【図18】実施形態５に係る振動素子を示す平面図。

【図19】図１８中のF－Ｆ線断面図。

【図20】実施形態６に係る振動素子を示す平面図。

【図21】図２０中のＧ－Ｇ線断面図。

【図22】実施形態７に係る発振器を示す断面図。

【図23】図２２中のＨ－Ｈ線断面図。

【図24】実施形態７に係る発振器の回路構成を示すブロック図。

【図25】実施形態８に係る発振器の回路構成を示すブロック図。

【図26】振動素子の周波数変化量の差分と温度の関係の一例を示す図。

【図27】実施形態９に係る電子機器の一例である携帯電話機を示す斜視図。

【図28】実施形態１０に係る移動体の一例である自動車を示す斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

１．実施形態１
実施形態１に係る振動素子１の概略構成について、図１及び図２を参照して説明する。

【0012】

なお、図１及び図２中のＹ’軸、Ｚ’軸は、互いに直交する軸Ｘ、Ｙ、Ｚのうち、Ｙ軸とＺ軸とをＸ軸の回りに所定の角度回転させた軸である。

【0013】

実施形態１の振動素子１は、水晶基板２と、第１振動部３に形成された第１励振電極４と、第２振動部５に形成された第２励振電極６と、第３振動部７に形成された第３励振電極８と、固定部９に形成された端子１０，１１，１２と、第１励振電極４と端子１０とを導通接続するリード電極１３と、第２励振電極６と端子１１とを導通接続するリード電極１４と、第３励振電極８と端子１２とを導通接続するリード電極１５と、を備えている。

【0014】

振動素子１は、第１振動素子Ｘ１と、第２振動素子Ｘ２と、第３振動素子Ｘ３と、を備えている。第１振動素子Ｘ１は、一対の第１励振電極４が形成された第１振動部３を有する。第２振動素子Ｘ２は、一対の第２励振電極６が形成された第２振動部５を有する。第３振動素子Ｘ３は、一対の第３励振電極８が形成された第３振動部７を有する。第１振動素子Ｘ１と、第２振動素子Ｘ２と、第３振動素子Ｘ３は、水晶基板２を共用しているので、外部からの熱が均等に伝わり易い構造になっている。

【0015】

水晶基板２は、第１振動部３と、第２振動部５と、第３振動部７と、水晶基板２を図示しないパッケージなどに固定するための固定部９と、を有している。なお、水晶基板２は、ＸＺ’面を主面とし、Ｙ’軸に沿った方向を厚さ方向とする平板である。

【0016】

第１振動部３、第２振動部５、及び第３振動部７は、Ｚ’軸に沿った方向に並んで配置されており、Ｚ’軸の正方向に向かって、第３振動部７、第１振動部３、第２振動部５の順で配置されている。固定部９は、第１振動部３と、第２振動部５と、第３振動部７に対して、Ｚ’軸に直交するＸ軸に沿った方向に配置されている。

【0017】

第１振動部３は、水晶基板２の第１主面１６ａと、第１主面１６ａに平行な第２主面１６ｂと、を有している。第１振動部３の第１主面１６ａと第２主面１６ｂには、一対の第１励振電極４が水晶基板２の厚さ方向に挟むように形成されている。第１主面１６ａ側の第１励振電極４と第２主面１６ｂ側の第１励振電極４とは、Ｙ’軸に沿った方向からの平面視で重なるように配置されている。なお、第１主面１６ａと第２主面１６ｂとは、両主面に相当する。

【0018】

第２振動部５は、水晶基板２の第１傾斜面１７と第２主面１６ｂとを有している。第２振動部５の第１傾斜面１７と第２主面１６ｂには、第２振動部５を水晶基板２の厚さ方向に挟むように、一対の第２励振電極６が形成されている。第１傾斜面１７側の第２励振電極６と第２主面１６ｂ側の第２励振電極６とは、Ｙ’軸に沿った方向からの平面視で重なるように配置されている。

【0019】

なお、第１傾斜面１７は、第１主面１６ａに対して所定の傾斜角度で傾斜している傾斜面であり、実施形態１では、第１傾斜面１７は、第１振動部３から離れるにしたがって第２振動部５の厚さが薄くなるように傾斜している。

【0020】

第３振動部７は、水晶基板２の第２傾斜面１８と第２主面１６ｂとを有している。第３振動部７の第２傾斜面１８と第２主面１６ｂには、第３振動部７を水晶基板２の厚さ方向に挟むように、一対の第３励振電極８が形成されている。第２傾斜面１８側の第３励振電極８と第２主面１６ｂ側の第３励振電極８とは、Ｙ’軸に沿った方向からの平面視で重なるように配置されている。

【0021】

なお、第２傾斜面１８は、第１主面１６ａに対して所定の傾斜角度で傾斜している傾斜面であり、実施形態１では、第２傾斜面１８は、第１振動部３から離れるにしたがって第３振動部７の厚さが薄くなるように傾斜している。

【0022】

第１振動素子Ｘ１は、第１振動部３と、第１振動部３に形成された第１励振電極４と、固定部９に形成された端子１０と、第１励振電極４と端子１０とを導通接続するリード電極１３と、を備えている。

【0023】

第１振動素子Ｘ１の第１主面１６ａには、第１励振電極４と、図示しない発振回路と電気的に接続するための端子１０と、第１励振電極４と端子１０とを電気的に接続するリード電極１３と、が形成されている。さらに、第１振動素子Ｘ１の第２主面１６ｂには、第１励振電極４と、図示しない発振回路と電気的に接続するための端子１０と、第１励振電極４と端子１０とを電気的に接続するリード電極１３と、が形成されている。

【0024】

第２振動素子Ｘ２は、第２振動部５と、第２振動部５に形成された第２励振電極６と、固定部９に形成された端子１１と、第２励振電極６と端子１１とを導通接続するリード電極１４と、を備えている。

【0025】

第２振動素子Ｘ２の第１傾斜面１７には、第２励振電極６と、図示しない発振回路と電気的に接続するための端子１１と、第２励振電極６と端子１１とを電気的に接続するリード電極１４と、が形成されている。さらに、第２振動素子Ｘ２の第２主面１６ｂには、第２励振電極６と、図示しない発振回路と電気的に接続するための端子１１と、第２励振電極６と端子１１とを電気的に接続するリード電極１４と、が形成されている。

【0026】

第３振動素子Ｘ３は、第３振動部７と、第３振動部７に形成された第３励振電極８と、固定部９に形成された端子１２と、第３励振電極８と端子１２とを導通接続するリード電極１５と、を備えている。

【0027】

第３振動素子Ｘ３の第２傾斜面１８には、第３励振電極８と、図示しない発振回路と電気的に接続するための端子１２と、第３励振電極８と端子１２とを電気的に接続するリード電極１５と、が形成されている。さらに、第３振動素子Ｘ３の第２主面１６ｂには、第３励振電極８と、図示しない発振回路と電気的に接続するための端子１２と、第３励振電極８と端子１２とを電気的に接続するリード電極１５と、が形成されている。

【0028】

第１振動素子Ｘ１は、第１振動部３の両主面１６ａ，１６ｂに一対の第１励振電極４が形成されているので、端子１０に電圧を印加することにより、第１振動部３を振動させることができる。

【0029】

第２振動素子Ｘ２は、第２振動部５の第１傾斜面１７と第２主面１６ｂに水晶基板２の厚さ方向に挟むように一対の第２励振電極６が形成されているので、端子１１に電圧を印加することにより、第２振動部５を振動させることができる。

【0030】

第３振動素子Ｘ３は、第３振動部７の第２傾斜面１８と第２主面１６ｂに水晶基板２の厚さ方向に挟むように一対の第３励振電極８が形成されているので、端子１２に電圧を印加することにより、第３振動部７を振動させることができる。

【0031】

第１振動部３と固定部９との間と、第２振動部５と固定部９との間と、第３振動部７と固定部９との間には、それぞれ第１貫通孔１９、第２貫通孔２０、第３貫通孔２１が設けられている。第１貫通孔１９、第２貫通孔２０、第３貫通孔２１が設けられていることにより、振動素子１を接着剤やバンプなどの接合部材により図示しないパッケージに固定する際に生じる応力が、固定部９から第１振動部３や第２振動部５や第３振動部７に伝わることを低減することができる。

【0032】

また、第１振動部３と固定部９との間と、第２振動部５と固定部９との間と、第３振動部７と固定部９との間と、には、それぞれ幅狭部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが設けられている。幅狭部とは、水晶基板２において、第１振動部３と固定部９とを接続する部分、第２振動部５と固定部９とを接続する部分、第３振動部７と固定部９とを接続する部分のＺ’軸に沿った方向の長さが、水晶基板２のＺ’軸に沿った方向の全長より短い部分である。幅狭部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが設けられていることにより、振動素子１を接着剤やバンプなどの接合部材により図示しないパッケージに固定する際に生じる応力が、固定部９から第１振動部３や第２振動部５や第３振動部７に伝わることを低減することができる。

【0033】

なお、実施形態１では、幅狭部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを、第１貫通孔１９、第２貫通孔２０、第３貫通孔２１により形成しているが、貫通孔に限らず、Ｙ’軸に沿った方向からの平面視で水晶基板２のＸ軸に沿った方向に平行な辺の一部をＺ’軸に沿った方向に切り欠いた切り欠き部を水晶基板２に設けることにより、幅狭部を形成しても構わない。

【0034】

次に、本実施形態の水晶基板２の切断角度について、図３を参照して説明する。
図３に示すように、水晶等の圧電材料は三方晶系に属し、互いに直交する結晶軸Ｘ、Ｙ、Ｚを有する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、夫々電気軸、機械軸、光学軸と呼称される。

【0035】

例えば、圧電基板としては、ＸＺ面をＸ軸の回りに所定の角度θ１だけ回転させた平面に沿って、水晶から切り出された、所謂回転Ｙカット水晶基板からなる平板が水晶基板２として用いられる。なお、角度θ１は、回転Ｙカット水晶基板の切断角度とも呼称される。

【0036】

なお、ＸＺ面をＸ軸の回りに回転させる回転方向は、矢印Ｂで示され、回転軸となるＸ軸の正方向から見て左回りを正回転とし、右回りを負回転とする。

【0037】

Ｙ軸をＸ軸の回りに角度θ１回転させた座標軸をＹ’軸とし、Ｚ軸をＸ軸の回りに角度θ１回転させた座標軸をＺ’軸とすると、回転Ｙカット水晶基板は、直交する結晶軸Ｘ、Ｙ’、Ｚ’で表すことができる。回転Ｙカット水晶基板は、厚み方向がＹ’軸に沿った方向であり、Ｙ’軸に直交するＸ軸とＺ’軸を含むＸＺ’面が主面であり、主面に厚み滑り振動が主振動として励振される。

【0038】

ここで、角度θ１を略３５°１５′とした回転Ｙカット水晶基板は、ＡＴカット水晶基板と呼称され、優れた周波数－温度特性を有する。以下、本実施形態においては、水晶基板２の一例として、ＡＴカット水晶基板を用いて説明するが、ＡＴカット水晶基板に限定されず、例えば、厚み滑り振動を励振するＢＴカット等の水晶基板であってもよい。また、水晶基板２としてＡＴカット水晶基板を用いる場合、角度θ１は略３５°１５′であればよく、例えば、角度θ１は３５°１７′でもよい。

【0039】

なお、本実施形態においては、水晶基板２の角度θ１を３５°１５′としている。従って、水晶基板２の両主面１６ａ，１６ｂの切断角度は角度θ１、すなわち、３５°１５′となる。

【0040】

水晶基板２の第１傾斜面１７は、第１主面１６ａを基準として角度θ２だけ傾斜している。つまり、水晶基板２の第１傾斜面１７は、Ｚ’軸からＸ軸の回りに正方向に回転しているので、第１傾斜面１７の切断角度はθ１＋θ２、すなわち、３５°１５′＋θ２となる。

【0041】

水晶基板２の第２傾斜面１８は、第１主面１６ａを基準として角度θ３だけ傾斜している。つまり、水晶基板２の第２傾斜面１８は、Ｚ’軸からＸ軸の回りに負方向に回転しているので、第２傾斜面１８の切断角度はθ１－θ３、すなわち、３５°１５′－θ３となる。

【0042】

本実施形態においては、第１傾斜面１７の切断角度はθ１＋θ２であり、第２傾斜面１８の切断角度はθ１－θ３であり、第１傾斜面１７の切断角度と第２傾斜面１８の切断角度と、は異なる。

【0043】

第１傾斜面１７の切断角度と第２傾斜面１８の切断角度と、が異なるということは、第２傾斜面１８は第１傾斜面１７に対して傾斜している、ともいう。

【0044】

次に、水晶基板２の切断角度と周波数－温度特性の関係について、図４及び図５を参照して説明する。図４は、回転Ｙカット水晶基板において、切断角度が３５°１５′のＡＴカット水晶基板を基準として２′間隔で切断角度を変化させた時の切断角度に対する周波数－温度特性の関係を示したものである。例えば、図４中、＋１０で示される曲線は、切断角度が３５°１５′＋１０′、すなわち、切断角度が３５°２５′の回転Ｙカット水晶基板の周波数－温度特性を示す。このように、切断角度を変化させることにより、温度変化に対する周波数変化量Δｆ/ｆを調整することができる。

【0045】

ここで、本実施形態では、第２振動部５を励振する一対の第２励振電極６の一方は第１傾斜面１７に、他方は第２主面１６ｂに設けられているので、本実施形態の第２振動素子Ｘ２の周波数－温度特性は、第１傾斜面１７の切断角度θ１＋θ２＝３５°１５′＋θ２に対応する周波数－温度特性と、第２主面１６ｂの切断角度θ１＝３５°１５′に対応する周波数－温度特性との中間の特性となる。具体的には、第２振動素子Ｘ２の温度変化に対する周波数変化量Δｆ/ｆは、切断角度が（（θ１＋θ２）＋θ１）/２＝（２θ１＋θ２）/２、すなわち、θ１＋θ２/２＝３５°１５′＋θ２/２の時の温度変化に対する周波数変化量Δｆ/ｆとなる。

【0046】

また、第３振動部７を励振する一対の第３励振電極８の一方は第２傾斜面１８に、他方は第２主面１６ｂに設けられているので、本実施形態の第３振動素子Ｘ３の周波数－温度特性は、第２傾斜面１８の切断角度３５°１５′－θ３に対応する周波数－温度特性と、第２主面１６ｂの切断角度３５°１５′に対応する周波数－温度特性との中間の特性となる。具体的には、第３振動素子Ｘ３の温度変化に対する周波数変化量Δｆ/ｆは、切断角度が３５°１５′－θ３/２の時の温度変化に対する周波数変化量Δｆ/ｆとなる。

【0047】

本実施形態の振動素子１の周波数－温度特性の一例を示す図５において、ＡＴ１は第１振動素子Ｘ１の周波数－温度特性を示し、ＡＴ２は第２振動素子Ｘ２の周波数－温度特性を示し、ＡＴ３は第３振動素子Ｘ３の周波数－温度特性を示す。

【0048】

第１振動部３の角度θ１は３５°１５′であり、ＡＴカット水晶基板をそのまま使用しているので、温度変化に対する第１振動素子Ｘ１の周波数変化量Δｆ/ｆは小さい。従って、第１振動素子Ｘ１を発振信号出力用とすることにより、温度変化に対して比較的安定した発振信号を得ることができる。

【0049】

第２振動部５は、第１傾斜面１７の角度θ２を変えることで、また、第３振動部７は、第２傾斜面１８の角度θ３を変えることで、温度変化に対する周波数変化量Δｆ/ｆが大きくなるように調整することができる。温度変化に対する第２振動素子Ｘ２及び第３振動素子Ｘ３の周波数変化量Δｆ/ｆが大きいということは、周波数変化に対する温度変化の分解能が高く、精度の良い温度検出ができるということである。従って、第２振動素子Ｘ２及び第３振動素子Ｘ３を温度検出用とすることにより、温度を精度よく検出することができる。

【0050】

本実施形態では、第２振動部５の第１傾斜面１７の切断角度は、両主面１６ａ，１６ｂの切断角度θ１とすると、θ１＋θ２、すなわち、３５°１５′＋θ２であり、第２振動部５の第１傾斜面１７の切断角度は、両主面１６ａ，１６ｂの切断角度θ１より大きい。また、第３振動部７の第２傾斜面１８の切断角度は、θ１－θ３、すなわち、３５°１５′－θ３であり、両主面１６ａ、１６ｂの切断角度θ１より小さい。第２振動部５の第１傾斜面１７の切断角度と、第３振動部７の第２傾斜面１８の切断角度と、をそれぞれ異なる角度とすることにより、温度検出用の第２振動素子Ｘ２と第３振動素子Ｘ３のそれぞれの周波数－温度特性を異ならせることができる。

【0051】

温度検出用の第２振動素子Ｘ２と第３振動素子Ｘ３のそれぞれの周波数－温度特性を異ならせることにより、例えば、第２振動素子Ｘ２の方が第３振動素子Ｘ３よりも周波数変化に対する温度変化の分解能が高く、精度の良い温度検出ができる温度範囲では、第２振動素子Ｘ２に基づいて温度検出を行い、第３振動素子Ｘ３の方が第２振動素子Ｘ２よりも周波数変化に対する温度変化の分解能が高く、精度の良い温度検出ができる温度範囲では、第３振動素子Ｘ３に基づいて温度検出を行うことで、より一層高精度な温度検出が可能となる。

【0052】

例えば、図５において、温度Ｔが－１０℃から６０℃の温度範囲では、第３振動素子Ｘ３よりも第２振動素子Ｘ２の方が、周波数変化に対する温度変化の分解能が高いので、第２振動素子Ｘ２に基づいて温度検出を行うと良い。一方、温度Ｔが－１０℃よりも低い、または、６０℃よりも高い温度範囲では、第２振動素子Ｘ２は、周波数変化に対する温度変化の分解能が低くなり、さらには、第２振動素子Ｘ２の周波数変化が温度変化に対して単調増加あるいは単調減少を示さなくなる。そこで、温度Ｔが－１０℃よりも低い、または、６０℃よりも高い温度範囲では、第２振動素子Ｘ２よりも周波数変化に対する温度変化の分解能が高い第３振動素子Ｘ３に基づいて温度検出をするようにすれば良い。

【0053】

なお、第２振動素子Ｘ２を温度検出に用いる温度範囲や、第３振動素子Ｘ３を温度検出に用いる温度範囲は、前記の温度範囲に限定されず、第２振動部５及び第３振動部７の周波数－温度特性に基づいて任意に設定することができる。

【0054】

さらに、第１振動素子Ｘ１と第２振動素子Ｘ２と第３振動素子Ｘ３は、共通の水晶基板２に形成されているため、第１振動素子Ｘ１と第２振動素子Ｘ２と第３振動素子Ｘ３の間の熱伝達が速やかに行われる。そのため、第１振動素子Ｘ１の温度は、温度検出用の第２振動素子Ｘ２と第３振動素子Ｘ３によって速やかにかつ精度よく検出することができるので、第１振動素子Ｘ１の温度補償を速やかにかつ精度よく行うことができる。

【0055】

以下、振動素子１の製造方法について図６～図１１を参照しながら説明する。振動素子１の製造方法は、水晶基板準備工程と、レジスト塗布工程と、ドライエッチング工程と、個片化工程と、電極形成工程と、を含んでいる。

【0056】

１．１ 水晶基板準備工程
図６に示すように、振動素子１の量産性や製造コストを考慮し、複数個の振動素子１をバッチ処理方式で製造できる大型水晶基板８０を準備する。大型水晶基板８０は、水晶原石を所定の切断角度θ１で切断し、ラッピングやポリッシュ加工等を施し、所望の厚さとなっている。なお、実施形態１では、切断角度θ１は３５°１５′である。

【0057】

１．２ レジスト塗布工程
図７に示すように、大型水晶基板８０の両主面１６ａ，１６ｂにレジスト８２を塗布する。ここで、第１主面１６ａにレジスト８２を塗布する方法として、第２励振電極６が形成される第１傾斜面１７と、第３励振電極８が形成される第２傾斜面１８と、の形状に対応した窪みを備えた金型にレジスト８２を充填し、金型に充填されたレジスト８２を第１主面１６ａに転写して硬化させる方法を用いる。

【0058】

１．３ ドライエッチング工程
次に、ドライエッチング法を用いて、図８において矢印で示すように、プラズマエッチング装置等を用いて、第１主面１６ａの上方からドライエッチングを行う。

【0059】

図９はドライエッチングにより、レジスト８２を除去した状態を表している。図７で形成された第１主面１６ａ上の傾斜面の形状のレジスト８２の形状がそのまま大型水晶基板８０に転写されて薄肉化されている。このようにして大型水晶基板８０に第１傾斜面１７と第２傾斜面１８が形成される。

【0060】

１．４ 個片化工程
図９では、大型水晶基板８０に複数の水晶片が連結した状態になっているので、大型水晶基板８０を個片化する。図９の仮想線Ｌを基準として、ダイシングまたは湿式エッチング法によって大型水晶基板８０を個片化する。図１０に個片化された水晶基板２を示す。

【0061】

１．５ 電極形成工程
図１１に示すように、個片化された水晶基板２に、蒸着またはスパッタリングによって、第１励振電極４、第２励振電極６、第３励振電極８等を形成し、振動素子１とする。

【0062】

なお、第１傾斜面１７や第２傾斜面１８の形成は前述の方法以外の手段によって形成してもよい。例えば、一部を薄肉化したレジスト８２を形成する方法としては、光量分布の異なる条件でレジスト８２を露光するグレイスケール露光を用いる方法でもよい。

【0063】

また、大型水晶基板８０を個片化する前に、大型水晶基板８０に一括して第１励振電極４、第２励振電極６、第３励振電極８等を形成してから、個片化して、振動素子１を得る方法でもよい。

【0064】

第１振動素子Ｘ１、第２振動素子Ｘ２、及び第３振動素子Ｘ３は、共通の水晶基板２に形成されており、第１振動素子Ｘ１と第２振動素子Ｘ２と第３振動素子Ｘ３の間の熱伝達が速やかに行われる。また、ドライエッチング法のような水晶基板への負荷が少ない製造方法で第１傾斜面１７及び第２傾斜面１８を形成することができるので、水晶基板２の機械的強度の低下や経時的な劣化が生じにくい。

【0065】

本実施形態では、第１振動部３が、水晶基板２の両主面１６ａ，１６ｂに形成されている一対の第１励振電極４により励振されるのに対し、第２振動部５及び第３振動部７は、両主面１６ａ，１６ｂに対して角度θ２，θ３傾斜している第１傾斜面１７及び第２傾斜面１８に一対の第２励振電極６及び第３励振電極８のうち一方を形成しているため、第１振動部３を有する第１振動素子Ｘ１の周波数－温度特性と、第２振動部５を有する第２振動素子Ｘ２の周波数－温度特性及び第３振動部７を有する第３振動素子Ｘ３の周波数－温度特性と、をそれぞれ異なる特性とすることができる。

【0066】

第１振動部３を周波数－温度特性の周波数変化量の小さい切断角度とし、第２振動部５の第１傾斜面１７及び第３振動部７の第２傾斜面１８を周波数－温度特性の周波数変化量の大きい切断角度とすることで、第１振動素子Ｘ１を発振信号出力用に、また、第２振動素子Ｘ２及び第３振動素子Ｘ３を温度検出用に用いることができる。

【0067】

また、第２傾斜面１８は、第１傾斜面１７に対して傾斜している。つまり、第１傾斜面１７の切断角度と、第２傾斜面１８の切断角度と、を異ならせることで、第２振動素子Ｘ２の周波数－温度特性と、第３振動素子Ｘ３の周波数－温度特性と、をそれぞれ異なる特性とすることができる。

【0068】

そのため、例えば、第２振動素子Ｘ２の方が第３振動素子Ｘ３よりも周波数変化に対する温度変化の分解能が高く、精度の良い温度検出ができる温度範囲では、第２振動素子Ｘ２に基づいて温度検出を行い、第３振動素子Ｘ３の方が第２振動素子Ｘ２よりも周波数変化に対する温度変化の分解能が高く、精度の良い温度検出ができる温度範囲では、第３振動素子Ｘ３に基づいて温度検出を行うことで、より一層高精度な温度検出が可能となる。

【0069】

また、本実施形態では、第１傾斜面１７及び第２傾斜面１８は、第１振動部３から離れるにしたがって第２振動部５及び第３振動部７の厚さが薄くなるように傾斜しているので、第１振動部３の周波数－温度特性と、第２振動部５及び第３振動部７の周波数－温度特性とをそれぞれ異なる特性とすることができる。従って、第１振動素子Ｘ１の周波数－温度特性は発振信号出力に適した特性としながら、第２振動素子Ｘ２及び第３振動素子Ｘ３の周波数－温度特性は温度検出に適した特性に調整することができる。

【0070】

さらに、第１振動素子Ｘ１、第２振動素子Ｘ２及び第３振動素子Ｘ３は、共通の水晶基板２に形成されているため、第１振動素子Ｘ１、第２振動素子Ｘ２及び第３振動素子Ｘ３の間の熱伝達が速やかに行われる。そのため、第１振動素子Ｘ１の温度は、温度検出用の第２振動素子Ｘ２と第３振動素子Ｘ３によって速やかにかつ精度よく検出することができるので、第１振動素子Ｘ１の温度補償を速やかにかつ精度よく行うことができる。

【0071】

なお、実施形態１においては、第１振動部３、第２振動部５及び第３振動部７は、Ｚ’軸の正方向に沿って、第３振動部７、第１振動部３、第２振動部５の順に配置されているが、第１振動部３、第２振動部５及び第３振動部７の配置は、これに限定されない。

【0072】

本実施形態では、第１傾斜面１７は、水晶基板２の第１主面１６ａに形成しているが、第２主面１６ｂに形成してもよく、両主面１６ａ，１６ｂの両方に形成してもよい。

【0073】

また、本実施形態では、第２傾斜面１８は、水晶基板２の第１主面１６ａに形成しているが、第２主面１６ｂに形成してもよく、両主面１６ａ，１６ｂの両方に形成してもよい。

【0074】

なお、水晶基板２としてＡＴカット水晶基板を用いる場合、水晶基板２の第１傾斜面１７と、水晶基板２の第２傾斜面１８のうち、切断角度が大きい方の傾斜面の切断角度θａとし、他方の傾斜面の切断角度θｂとすると、θｂの好ましい範囲は、θａ－５′以上θａ－２０°以下である。切断角度θｂをθａ－５′以上とすると、水晶基板２の第１傾斜面１７の切断角度と、水晶基板２の第２傾斜面１８の切断角度の差が十分に大きくなるため、温度検出用の第２振動素子Ｘ２と第３振動素子Ｘ３のそれぞれの周波数－温度特性を十分に異ならせることができ、精度の良い温度検出ができるので好ましい。また、切断角度θｂを大きくしていくと、傾斜面を形成するのが困難になるため、切断角度θｂをθａ－２０°以下とすることが好ましい。なお、本実施形態においては、第１傾斜面１７の切断角度θ１＋θ２がθａに相当し、第２傾斜面１８の切断角度θ１－θ３がθｂに相当する。

【0075】

２．実施形態２
実施形態２に係る振動素子１ａの概略構成について、図１２及び図１３を参照して説明する。実施形態１と同一の構成については、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

【0076】

図１２及び図１３に示すように、実施形態２において、第１振動部３、第２振動部５ａ及び第３振動部７ａは、Ｚ’軸の正方向に沿って、第３振動部７ａ、第１振動部３、第２振動部５ａの順に配置されている。

【0077】

実施形態２では、水晶基板２ａにおいて、第２振動部５ａに設けられた第１傾斜面１７ａ及び第３振動部７ａに設けられた第２傾斜面１８ａは、第１振動部３に近づくにしたがって、第２振動部５ａ及び第３振動部７ａの厚さが薄くなるように傾斜している。

【0078】

水晶基板２ａの第１傾斜面１７ａは、Ｚ’軸からＸ軸の回りに角度θ２だけ負方向に回転している。つまり、第１傾斜面１７ａの切断角度は、両主面１６ａ，１６ｂの切断角度θ１とすると、θ１－θ２、すなわち、３５°１５′－θ２となり、両主面１６ａ、１６ｂの切断角度θ１より小さい。また、水晶基板２の第２傾斜面１８ａは、Ｚ’軸からＸ軸の回りに角度θ３だけ正方向に回転している。つまり、第２傾斜面１８ａの切断角度は、θ１＋θ３、すなわち、３５°１５′＋θ３となり、両主面１６ａ、１６ｂの切断角度θ１より大きい。このように、第１傾斜面１７ａの切断角度はθ１－θ２であり、第２傾斜面１８ａの切断角度はθ１＋θ３であり、第１傾斜面１７ａの切断角度と、第２傾斜面１８ａの切断角度と、は異なる。

【0079】

また、第１振動部３は、第１振動部３の端面に段差２４を有し、第２振動部５ａの第１傾斜面１７ａ、及び第３振動部７ａの第２傾斜面１８ａに対して、第１振動部３はＹ’軸の正方向に突出した形状を有する。

【0080】

本実施形態によれば、第２振動部５ａを有する第２振動素子Ｘ２ａ及び第３振動部７ａを有する第３振動素子Ｘ３ａの周波数－温度特性は、第１振動部３の周波数－温度特性よりも周波数変化量を大きくすることができるので、第２振動素子Ｘ２ａ及び第３振動素子Ｘ３ａを温度検出に用いると、周波数変化に対する温度変化の分解能が高く、精度の良い温度検出ができ、実施形態１と同様な効果を得ることができる。
また、本実施形態によれば、実施形態１での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。

【0081】

第１傾斜面１７ａは、第１振動部３から離れるにしたがって第２振動部５ａの厚さが厚くなるように傾斜している。そのため、第２振動部５ａの振動は、水晶基板２ａの厚さが厚い方に寄るので、第２振動部５ａの振動領域は、第１振動部３から離れることになる。従って、第２振動部５ａの振動による第１振動部３への影響を低減することができる。

【0082】

第２傾斜面１８ａも、第１傾斜面１７ａと同様に、第１振動部３から離れるにしたがって第３振動部７ａの厚さが厚くなるように傾斜しているので、第３振動部７ａの振動による第１振動部３への影響を低減することができる。

【0083】

また、第１振動部３の端面には、段差２４が設けられている。この段差２４により、第１振動部３の振動エネルギーを第１振動部３に閉じ込め、振動漏洩を低減できるので、第１振動部３の振動を安定させることができる。

【0084】

３．実施形態３
実施形態３に係る振動素子１ｂの概略構成について、図１４及び図１５を参照して説明する。実施形態１と同一の構成については、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

【0085】

図１４及び図１５に示すように、実施形態３において、第１振動部３、第２振動部５及び第３振動部７ｂは、Ｚ’軸の正方向に沿って、第３振動部７ｂ、第１振動部３、第２振動部５の順に配置されている。

【0086】

実施形態３では、水晶基板２ｂにおいて、第２振動部５に設けられた第１傾斜面１７は、第１振動部３から離れるにしたがって第２振動部５の厚さが薄くなるように傾斜し、第３振動部７ｂに設けられた第２傾斜面１８ｂは、第１振動部３に近づくにしたがって第３振動部７ｂの厚さが薄くなるように傾斜している。

【0087】

水晶基板２ｂの第２傾斜面１８ｂは、Ｚ’軸からＸ軸の回りに角度θ３だけ正方向に回転している。つまり、第２傾斜面１８ｂの切断角度はθ１＋θ３、すなわち、３５°１５′＋θ３となる。

【0088】

実施形態３では、水晶基板２ｂの第１傾斜面１７と、水晶基板２ｂの第２傾斜面１８ｂと、はどちらもＺ’軸からＸ軸の回りに正方向に回転させた傾斜面であるので、第１傾斜面１７の切断角度はθ１＋θ２であり、第２傾斜面１８ｂの切断角度はθ１＋θ３である。ただし、第１傾斜面１７の角度θ２と、第２傾斜面１８ｂの角度θ３と、は異なるので、第１傾斜面１７の切断角度と第２傾斜面１８ｂの切断角度は異なる。

【0089】

本実施形態では、第３振動部７ｂは、両主面１６ａ，１６ｂに対して傾斜している第２傾斜面１８ｂに一対の第３励振電極８のうち一方を形成しているため、実施形態１と同様に、第１振動部３の周波数－温度特性と、第３振動部７ｂの周波数－温度特性とをそれぞれ異なる特性とすることができる。

【0090】

また、本実施形態では、第１傾斜面１７の切断角度と、第２傾斜面１８ｂの切断角度と、が異なる。つまり、第２傾斜面１８ｂは第１傾斜面１７に対して傾斜しているので、実施形態１と同様に、第２振動部５を有する第２振動素子Ｘ２の周波数－温度特性と、第３振動部７ｂを有する第３振動素子Ｘ３ｂの周波数－温度特性とをそれぞれ異なる特性とすることができる。

【0091】

水晶基板２ｂの第１傾斜面１７と、水晶基板２ｂの第２傾斜面１８ｂとは、どちらもＺ’軸からＸ軸の回りに角度θ２，θ３だけ正方向、つまり、同じ方向に回転しているので、第２振動素子Ｘ２の周波数－温度特性と、第３振動素子Ｘ３ｂの周波数－温度特性とは、同様な三次曲線となる。そこで、第２振動素子Ｘ２の周波数－温度特性と、第３振動素子Ｘ３ｂの周波数－温度特性との差分を取ることで、周波数変化に対する温度変化の分解能を高くすることができ、第１振動素子Ｘ１の温度を速やかにかつ精度よく検出することができる。

【0092】

４．実施形態４
実施形態４に係る振動素子１ｃの概略構成について、図１６及び図１７を参照して説明する。実施形態１と同一の構成については、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

【0093】

図１６及び図１７に示すように、実施形態４では、第１振動部３ｃにおける両主面１６ａ，１６ｂには、それぞれ凸部２５が形成されている。凸部２５を有する第１振動部３ｃには、水晶基板２ｃの厚さ方向に挟むように一対の第１励振電極４が形成されている。

【0094】

本実施形態によれば、実施形態１での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。第１振動素子Ｘ１ｃは、第１振動部３ｃの凸部２５を含む領域を第１励振電極４により励振するので、第１振動部３ｃの振動エネルギーは凸部２５を含む領域に閉じ込められ、凸部２５を含む領域以外への振動の漏洩を低減することができ、第１振動素子Ｘ１ｃの振動が安定する。また、第１振動素子Ｘ１ｃのインピーダンスを下げることができ、Ｑ値も高まるので、このような第１振動素子Ｘ１ｃを発振器に用いると、搬送波対雑音比のよい高精度な発振器を実現することができる。

【0095】

なお、本実施形態では、第１振動部３ｃにおける両主面１６ａ，１６ｂの両方のそれぞれに凸部２５を形成したが、第１振動部３ｃにおける両主面１６ａ，１６ｂのどちらか一方の主面に凸部を形成してもよい。

【0096】

また、本実施形態では、凸部２５は、第１振動部３ｃにおける両主面１６ａ，１６ｂからＹ’軸に沿った方向に突出したメサ形状としたが、凸部２５の形状は球面形状でもよい。

【0097】

５．実施形態５
実施形態５に係る振動素子１ｄの概略構成について、図１８及び図１９を参照して説明する。実施形態１と同一の構成については、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

【0098】

図１８及び図１９に示すように、実施形態５では、水晶基板２ｄは、第１振動部３と第２振動部５との間、及び第１振動部３と第３振動部７との間に、貫通孔２６を有する。

【0099】

本実施形態によれば、実施形態１での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。第１振動部３と第２振動部５との間、及び第１振動部３と第３振動部７との間に、貫通孔２６を設けることにより、第１振動部３の振動と、第２振動部５の振動及び第３振動部７の振動と、が相互に影響しあうことを抑制することができる。

【0100】

６．実施形態６
実施形態６に係る振動素子１ｅの概略構成について、図２０及び２１を参照して説明する。実施形態１と同一の構成については、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

【0101】

図２０及び図２１に示すように、実施形態６では、水晶基板２ｅには、第１振動部３と第２振動部５との間、及び第１振動部３と第３振動部７との間に、第２主面１６ｂ側に開口する凹部２７が設けられている。つまり、図２１に示すように、第１振動部３と第２振動部５との間、及び第１振動部３と第３振動部７の間に、薄肉部２８が形成されている。

【0102】

本実施形態によれば、実施形態１での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。第１振動部３と第２振動部５との間、及び第１振動部３と第３振動部７との間に薄肉部２８を設けることにより、第１振動部３の振動と、第２振動部５の振動及び第３振動部７の振動と、が相互に影響しあうことを抑制することができる。

【0103】

なお、凹部２７は、第１傾斜面１７、第２傾斜面１８、第１主面１６ａに形成してもよい。

【0104】

７．実施形態７
実施形態７に係る発振器１００の概略構成について、図２２～図２４を参照して説明する。実施形態７に係る発振器１００では、前述した振動素子１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅのいずれかを用いることができるが、以下では、実施形態１で説明した振動素子１を適用した例を示して説明する。

【0105】

発振器１００は、図２２に示すように、振動素子１を内蔵した振動子４０と、振動素子１を駆動するための発振回路６１ａ，６１ｂ，６１ｃと制御信号出力回路６３とを有するＩＣチップ６０と、振動子４０やＩＣチップ６０を収納するパッケージ本体５０と、ガラス、セラミック、又は金属等からなる蓋部材５７と、を備えている。

【0106】

パッケージ本体５０は、図２２及び図２３に示すように、実装端子４５、第１の基板５１、第２の基板５２、及びシールリング５３を積層して形成されている。また、パッケージ本体５０は、上方に開放するキャビティー５８を有している。なお、振動子４０とＩＣチップ６０とを収容するキャビティー５８内は、蓋部材５７をシールリング５３により接合することで、減圧雰囲気あるいは窒素などの不活性気体雰囲気に気密封止されている。

【0107】

実装端子４５は、第１の基板５１の外部底面に複数設けられている。また、実装端子４５は、第１の基板５１の上方に設けられた接続電極４３や接続端子４４と、図示しない貫通電極や層間配線を介して、電気的に接続されている。

【0108】

パッケージ本体５０のキャビティー５８内には、振動子４０とＩＣチップ６０が収容されている。振動子４０は、半田や導電性接着剤を介して第１の基板５１の上方に設けられた接続電極４３に固定されている。ＩＣチップ６０は、接着剤等の接合部材５５を介して第１の基板５１の上方に固定されている。また、キャビティー５８には、複数の接続端子４４が設けられている。接続端子４４は、ボンディングワイヤー５６によってＩＣチップ６０の上方に設けられた接続端子４６と電気的に接続されている。

【0109】

ＩＣチップ６０は、第１振動素子Ｘ１を発振し第１発振信号を出力する第１発振回路６１ａと、第２振動素子Ｘ２を発振し第２発振信号を出力する第２発振回路６１ｂと、第３振動素子Ｘ３を発振し第３発振信号を出力する第３発振回路６１ｃと、第２発振信号及び第３発振信号に基づいて、第１発振信号の発振周波数を制御する制御信号を出力する制御信号出力回路６３と、を有している。

【0110】

次に、発振器１００の回路構成について説明する。なお、以下の説明では、発振器１００の一例について、ＴＣＸＯを挙げて説明する。

【0111】

制御信号出力回路６３は、発振器１００の外部の温度変化に依らずに、あるいは外部の温度変化の影響を抑えながら、出力端６５から設定周波数ｆ₀を出力するための回路である。設定周波数ｆ₀は、基準温度Ｔ₀において、基準電圧Ｖ₀を第１発振回路６１ａに印加した時に得られる出力周波数である。

【0112】

第１振動素子Ｘ１の一対の第１励振電極４には、端子１０を介して第１発振回路６１ａが電気的に接続されている。第２振動素子Ｘ２の一対の第２励振電極６には、同様に端子１１を介して、温度検出用とするための第２発振回路６１ｂが電気的に接続されている。第３振動素子Ｘ３の一対の第３励振電極８には、端子１２を介して、温度検出用とするための第３発振回路６１ｃが電気的に接続されている。

【0113】

第１発振回路６１ａと、第２発振回路６１ｂ及び第３発振回路６１ｃとの間には、制御信号出力回路６３に出力する周波数ｆを選択する出力選択回路９０と、出力選択回路９０から出力された出力信号である周波数ｆに基づいて、第１振動素子Ｘ１の温度を推定し、この温度において第１発振回路６１ａにて第１発振信号としての設定周波数ｆ₀が得られる制御電圧Ｖ_C（Ｖ_C＝Ｖ₀－ΔＶ）を演算するための制御信号出力回路６３が設けられている。

【0114】

出力選択回路９０は、選択制御部９１と、出力選択部９２と、を有する。選択制御部９１は、出力選択部９２と、温度センサー９３と、温度推定部６８に電気的に接続されている。温度センサー９３は、振動素子１の外部の温度を検出する。選択制御部９１は、温度センサー９３により検出された温度に基づき、第２発振回路６１ｂから出力される第２発振信号としての発振周波数ｆ２と、第３発振回路６１ｃから出力される第３発振信号としての発振周波数ｆ３のうち、制御信号出力回路６３に出力する周波数ｆを選択する。さらに、選択制御部９１は、出力選択回路９０から出力される出力信号である周波数ｆを切替えるように、出力選択部９２を制御する。出力選択部９２は、選択制御部９１の選択に基づき、第２発振回路６１ｂから出力される発振周波数ｆ２と、第３発振回路６１ｃから出力される発振周波数ｆ３の一方を、出力選択回路９０から出力される出力信号である周波数ｆとして、制御信号出力回路６３に出力する。

【0115】

第２発振回路６１ｂの入力端６４ｂから第２発振回路６１ｂに基準電圧Ｖ₁₀が入力され、第３発振回路６１ｃの入力端６４ｃから第３発振回路６１ｃに基準電圧Ｖ₁₁が入力され、出力端６５から設定周波数ｆ₀が出力される。また、第１発振回路６１ａ、第２発振回路６１ｂ、第３発振回路６１ｃとには、バリキャップダイオード６６で安定化された基準電圧Ｖ₁₀、Ｖ₁₁と制御電圧Ｖｃとがそれぞれに入力される。

【0116】

第２振動素子Ｘ２及び第３振動素子Ｘ３は温度検出部として用いられている。第２振動素子Ｘ２を駆動する第２発振回路６１ｂから出力される第２発振信号としての発振周波数ｆ２は、第２振動素子Ｘ２の周波数－温度特性に基づき、第２振動素子Ｘ２の温度Ｔに応じた出力となる。また、第３振動素子Ｘ３を駆動する第３発振回路６１ｃから出力される第３発振信号としての発振周波数ｆ３は、第３振動素子Ｘ３の周波数－温度特性に基づき、第３振動素子Ｘ３の温度Ｔに応じた出力となる。このようにして、第２振動素子Ｘ２の温度Ｔと、第３振動素子Ｘ３の温度Ｔと、を求めることができる。

【0117】

第１振動素子Ｘ１は、第２振動素子Ｘ２及び第３振動素子Ｘ３と共通する水晶基板２に設けられており、第１振動素子Ｘ１と、第２振動素子Ｘ２及び第３振動素子Ｘ３と、は結合しており、熱伝達時間の差がないので、第２振動素子Ｘ２の温度Ｔ及び第３振動素子Ｘ３の温度Ｔから、第１振動素子Ｘ１の温度Ｔを正確に推定することができる。

【0118】

第２振動部５の切断角度と、第３振動部７の切断角度と、は異なるため、第２振動素子Ｘ２の周波数－温度特性と、第３振動素子Ｘ３の周波数－温度特性と、は異なる。そこで、例えば、第２振動素子Ｘ２の方が第３振動素子Ｘ３よりも周波数変化に対する温度変化の分解能が高く、精度の良い温度検出ができる温度範囲では、第２振動素子Ｘ２の温度Ｔに基づいて、第１振動素子Ｘ１の温度Ｔを推定し、第３振動素子Ｘ３の方が第２振動素子Ｘ２よりも周波数変化に対する温度変化の分解能が高く、精度の良い温度検出ができる温度範囲では、第３振動素子Ｘ３の温度Ｔに基づいて、第１振動素子Ｘ１の温度Ｔを推定すれば、第１振動素子Ｘ１の温度Ｔをより一層高精度に推定することができる。

【0119】

制御信号出力回路６３は、第２振動素子Ｘ２と第３振動素子Ｘ３のうち、周波数変化量が大きい周波数－温度特性を有する方の温度Ｔに基づき、第１発振回路６１ａから第１発振信号として設定周波数ｆ₀を出力するための制御電圧Ｖ_C（Ｖ_C＝Ｖ₀－ΔＶ）を演算する。

【0120】

具体的には制御信号出力回路６３は、出力選択回路９０から出力される周波数ｆを計測するための例えば周波数カウンターなどからなる周波数検出部６７と、この周波数検出部６７において計測した周波数ｆに基づいて温度Ｔを推定する温度推定部６８と、温度推定部６８において推定した温度Ｔに基づいて補償電圧ΔＶを演算するための補償電圧演算部６９と、補償電圧演算部６９にて演算された補償電圧ΔＶを基準電圧Ｖ₀から減算した制御電圧Ｖ_Cを第１発振回路６１ａに出力するための加算部７０と、を備えている。

【0121】

温度推定部６８には、以下の（１）式に示す第２発振回路６１ｂの周波数－温度特性と、（２）式に示す第３発振回路６１ｃの周波数－温度特性が記憶されている。

【0122】

出力選択部９２が、制御信号出力回路６３に出力する周波数ｆとして、第２発振回路６１ｂから出力される発振周波数ｆ２を選択した場合は、温度推定部６８は、（１）式の周波数－温度特性と、第２発振回路６１ｂから出力される発振周波数ｆ２と、に基づいて、第２振動素子Ｘ２の温度Ｔを求め、第２振動素子Ｘ２の温度Ｔから第１振動素子Ｘ１の温度Ｔを推定することができる。

【0123】

出力選択部９２が、制御信号出力回路６３に出力する周波数ｆとして、第３発振回路６１ｃから出力される発振周波数ｆ３を選択した場合は、温度推定部６８は、（２）式の周波数－温度特性と、第３発振回路６１ｃから出力される発振周波数ｆ３と、に基づいて、第３振動素子Ｘ３の温度Ｔを求め、第３振動素子Ｘ３の温度Ｔから第１振動素子Ｘ１の温度Ｔを推定することができる。
ｆ１＝ｆ₁₀｛１＋α₂(Ｔ－Ｔ₁₀)³＋β₂(Ｔ－Ｔ₁₀)＋γ₂｝ ・・・（１）
ｆ２＝ｆ₁₁｛１＋α₃(Ｔ－Ｔ₁₁)³＋β₃(Ｔ－Ｔ₁₁)＋γ₃｝ ・・・（２）

【0124】

また、補償電圧演算部６９は、第１発振回路６１ａの温度特性である例えば３次関数発生器を備えており、以下の（３）～（５）式及び温度Ｔに基づいて、補償電圧ΔＶを求めるように構成されている。
ΔＶ＝Ｖ₀（Δｆ／ｆ₀） ・・・（３）
Δｆ／ｆ₀＝α₁(Ｔ－Ｔ₀)³＋β₁(Ｔ－Ｔ₀)＋γ₁ ・・・（４）
ΔＶ＝Ｖ₀｛α₁(Ｔ－Ｔ₀)³＋β₁(Ｔ－Ｔ₀)＋γ₁｝ ・・・（５）
ここで、α₁、β₁、γ₁と、α₂、β₂、γ₂及びα₃、β₃、γ₃は、夫々第１発振回路６１ａ、第２発振回路６１ｂ及び第３発振回路６１ｃに固有の定数であり、温度や基準電圧を種々変えて出力周波数を測定することにより求められる。尚、Δｆ＝ｆ－ｆ₀であり、またｆ₁₀は第２発振回路６１ｂにおいて基準温度Ｔ₁₀にて基準電圧Ｖ₁₀を印加した時に得られる出力周波数であり、ｆ₁₁は第３発振回路６１ｃにおいて基準温度Ｔ₁₁にて基準電圧Ｖ₁₁を印加した時に得られる出力周波数である。

【0125】

第２発振回路６１ｂの入力端６４ｂに制御電圧Ｖ₁₀を入力すると、第２発振回路６１ｂでは、第２振動素子Ｘ２の温度Ｔに基づいて、既述の式（１）で求められる発振周波数ｆ１において基本波の厚み滑り振動で発振する。第３発振回路６１ｃの入力端６４ｃに制御電圧Ｖ₁₁を入力すると、第３発振回路６１ｃでは、第３振動素子Ｘ３の温度Ｔに基づいて、既述の式（２）で求められる発振周波数ｆ２において基本波の厚み滑り振動で発振する。

【0126】

出力選択回路９０は、温度センサー９３により検出された温度に基づき、第２発振回路６１ｂから出力される第２発振信号としての発振周波数ｆ２と、第３発振回路６１ｃから出力される第３発振信号としての発振周波数ｆ３のうち一方を、出力選択回路９０から出力される出力信号である周波数ｆとして、制御信号出力回路６３に出力する。

【0127】

この周波数ｆは、周波数検出部６７を介して温度推定部６８に入力される。温度推定部６８は、出力選択回路９０の出力選択部９２の選択に基づき、第２振動素子Ｘ２の温度Ｔまたは第３振動素子Ｘ３の温度Ｔを求め、第１振動素子Ｘ１の温度Ｔを推定する。そして、補償電圧演算部６９では、温度推定部６８にて得られた温度Ｔに基づいて補償電圧ΔＶが演算され、加算部７０を介して制御電圧Ｖ_Cが第１発振回路６１ａに印加される。第１発振回路６１ａでは、第１振動素子Ｘ１の温度Ｔ及び制御電圧Ｖ_Cに応じた第１発振信号である周波数、即ち設定周波数ｆ₀において厚み滑り振動で振動する。

【0128】

つまり、温度Ｔでは、第１発振回路６１ａは、基準温度Ｔ₀との差分（Ｔ－Ｔ₀）だけ、当該第１発振回路６１ａの周波数－温度特性に沿って発振周波数が設定周波数ｆ₀からずれようとする。しかし、前記差分に対応する分だけ基準電圧Ｖ₀よりも低いあるいは高い制御電圧Ｖ_Cを第１発振回路６１ａに印加しているので、当該差分を相殺した出力周波数、すなわち、設定周波数ｆ₀を得ることができる。

【0129】

本実施形態の発振器１００は、第１振動素子Ｘ１の周波数－温度特性は発振信号出力に適した特性としながら、第２振動素子Ｘ２の周波数－温度特性と、第３振動素子Ｘ３の周波数－温度特性と、は温度検出に適した特性に調整することができるので、第２振動素子Ｘ２の発振周波数ｆ２と、第３振動素子Ｘ３の発振周波数ｆ３と、に基づいて、第１振動素子Ｘ１から出力される設定周波数ｆ₀を速やかにかつ高精度に温度補償することができる。従って、設定周波数ｆ₀が安定した高精度の発振器１００を得ることができる。

【0130】

また、第２振動素子Ｘ２の周波数－温度特性と、第３振動素子Ｘ３の周波数－温度特性と、を異なる特性とし、第２振動素子Ｘ２と第３振動素子Ｘ３のうち、温度センサー９３が検出した温度における周波数変化量が大きい周波数－温度特性を有する方の振動素子の温度Ｔに基づいて、第１振動素子Ｘ１の温度Ｔを推定すれば、第１振動素子Ｘ１の温度Ｔをより一層高精度に推定することができる。従って、設定周波数ｆ₀がより一層安定した高精度の発振器１００を得ることができる。

【0131】

８．実施形態８
実施形態８に係る発振器１００ａの回路構成について、図２５を参照し説明する。実施形態７と同一の構成については、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

【0132】

実施形態８は、第２振動素子Ｘ２の発振周波数ｆ２と、第３振動素子Ｘ３の発振周波数ｆ３との和あるいは差を求め、このようにして演算された周波数ｆを温度検出信号として使用する形態である。

【0133】

第１発振回路６１ａと、第２発振回路６１ｂ及び第３発振回路６１ｃとの間には、第２振動素子Ｘ２の第２発振回路６１ｂから出力される第２発振信号としての発振周波数ｆ２と、第３振動素子Ｘ３の第３発振回路６１ｃから出力される第３発振信号としての発振周波数ｆ３に基づいて、第１振動素子Ｘ１の温度を推定し、この温度において第１発振回路６１ａにて第１発振信号としての設定周波数ｆ₀が得られる制御電圧Ｖ_C（Ｖ_C＝Ｖ₀－ΔＶ）を演算するための制御信号出力回路６３ｂが設けられている。

【0134】

制御信号出力回路６３ｂは、周波数検出部６７ｂ，６７ｃと、温度推定部６８ｂと、補償電圧演算部６９と、加算部７０と、を有する。

【0135】

第２発振回路６１ｂから出力される発振周波数ｆ２は、周波数検出部６７ｂを介して温度推定部６８ｂに入力される。第３発振回路６１ｃから出力される発振周波数ｆ３は、周波数検出部６７ｃを介して温度推定部６８ｂに入力される。

【0136】

温度推定部６８ｂは、発振周波数ｆ２とｆ３の差分（ｆ２－ｆ３）を演算し、演算により得られた周波数の差分（ｆ２－ｆ３）と、周波数の差分（ｆ２－ｆ３）と温度Ｔとの関係データに基づいて、第１振動素子Ｘ１の温度Ｔを推定する。

【0137】

図２６は、周波数の差分（ｆ２－ｆ３）と温度Ｔとの関係データの一例を表すものであり、第２振動素子Ｘ２の周波数－温度特性である３次曲線から第３振動素子Ｘ３の周波数－温度特性である３次曲線を差し引いたものである。図２６から分かるように、演算された周波数の差分（ｆ２－ｆ３）は、温度Ｔに対して概略比例関係にある。

【0138】

温度推定部６８ｂは、周波数の差分（ｆ２－ｆ３）と温度Ｔとの関係データを記憶する記憶部と、発振周波数ｆ２とｆ３の差分（ｆ２－ｆ３）を演算する演算部と、周波数の差分（ｆ２－ｆ３）に対応する温度Ｔを図示しない記憶部内の関係データから読み出す読み出し部と、を備えている。

【0139】

発振周波数ｆ２とｆ３の差分（ｆ２－ｆ３）を演算する代わりに、発振周波数ｆ２とｆ３の和（ｆ２＋ｆ３）を求め、周波数の和（ｆ２＋ｆ３）と温度Ｔとの関係データを参照して温度Ｔを求めるようにしても良い。また、発振周波数ｆ２とｆ３の差分を演算する代わりに、発振周波数ｆ２を電圧変換したＶ２と、発振周波数ｆ３を電圧変換したＶ３との差分を求め、電圧の差分（Ｖ２－Ｖ３）と温度Ｔとの関係データを参照して温度Ｔを求めるようにしても良い。

【0140】

本実施形態の発振器１００ａは、第１振動素子Ｘ１の周波数－温度特性は発振信号出力に適した特性としながら、第２振動素子Ｘ２の周波数－温度特性と、第３振動素子Ｘ３の周波数－温度特性と、を温度検出に適した特性に調整することができるので、第２振動素子Ｘ２の発振周波数ｆ２と、第３振動素子Ｘ３の発振周波数ｆ３と、に基づいて、第１振動素子Ｘ１から出力される設定周波数ｆ₀を速やかにかつ高精度に温度補償することができる。従って、設定周波数ｆ₀が安定した高精度の発振器１００ａを得ることができる。

【0141】

また、第２振動素子Ｘ２の周波数－温度特性と、第３振動素子Ｘ３の周波数－温度特性と、を異なる特性とし、第２振動素子Ｘ２の発振周波数ｆ２と、第３振動素子Ｘ３の発振周波数ｆ３との和あるいは差に基づいて、第１振動素子Ｘ１の温度Ｔを推定すれば、第１振動素子Ｘ１の温度Ｔをより一層高精度に推定することができる。従って、設定周波数ｆ₀がより一層安定した高精度の発振器１００ａを得ることができる。

【0142】

９．実施形態９
実施形態９に係る発振器１００，１００ａを備えている電子機器の一例である携帯電話機について、図２７を参照して説明する。なお、以下の説明では、発振器１００を適用した構成を例示して説明する。

【0143】

携帯電話機１２００には、基準クロック等として機能する発振器１００が内蔵されている。

【0144】

本実施形態の電子機器は、発振器１００の効果を利用して、電子機器の特性を向上させることができる。

【0145】

なお、発振器１００は、図２７の携帯電話機の他、パーソナルコンピューター、ディジタルスチルカメラ、時計、タブレット端末、インクジェット式吐出装置、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、電子手帳、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器、魚群探知機、各種測定機器、計器類、フライトシミュレーター等に適用することができる。

【0146】

１０．実施形態１０
実施形態１０に係る発振器１００，１００ａを備えている移動体の一例である自動車について、図２８を参照して説明する。なお、以下の説明では、発振器１００を適用した構成を例示して説明する。

【0147】

自動車１５００には、基準クロック等として機能する発振器１００が搭載されている。発振器１００は、キーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニットに広く適用できる。

【0148】

本実施形態の移動体は、発振器１００の効果を利用して、移動体の特性を向上させることができる。

【0149】

なお、発振器１００は、図２８の自動車の他、二足歩行ロボットや電車などの制御部、ラジコン飛行機、ラジコンヘリコプター、およびドローンなどの遠隔操縦あるいは自律式の飛行体の制御部、農業機械、もしくは建設機械などの制御部、ロケット、人工衛星、船舶、無人搬送車などの制御に適用することができる。

【符号の説明】

【0150】

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ…振動素子、２…水晶基板、３…第１振動部、４…第１励振電極、５…第２振動部、６…第２励振電極、７…第３振動部、８…第３励振電極、９…固定部、１０，１１，１２…端子、１３，１４，１５…リード電極、１６ａ…第１主面、１６ｂ…第２主面、１７…第１傾斜面、１８…第２傾斜面、１９…第１貫通孔、２０…第２貫通孔、２１…第３貫通孔、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ…幅狭部、６１ａ…第１発振回路、６１ｂ…第２発振回路、６１ｃ…第３発振回路、６３，６３ｂ…制御信号出力回路、６４ｂ，６４ｃ…入力端、６５…出力端、６６…バリキャップダイオード、６７，６７ｂ，６７ｃ…周波数検出部、６８，６８ｂ…温度推定部、６９…補償電圧演算部、７０…加算部、９０…出力選択回路、９１…選択制御部、９２…出力選択部、９３…温度センサー、１００…発振器、１２００…電子機器としての携帯電話機、１５００…移動体としての自動車、Ｘ１…第１振動素子、Ｘ２…第２振動素子、Ｘ３…第３振動素子、θ１，θ２，θ３…角度。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】