JP2001024469A - 水晶振動子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】衝撃前後の周波数変化を抑制して等価抵抗を良
好に維持した小型な水晶振動子を提供する。 【構成】結晶軸（ＸＹ’Ｚ’）のＺ’軸方向を長辺とし
てＸ軸方向を短辺とした矩形状のＡＴカットからなる水
晶片を用いた水晶振動子において、前記水晶片の対角方
向を前記Ｚ’軸方向から±３０度±５度傾斜した方向と
して、前記水晶片の少なくても一組の対角部を保持した
構成とする。また、ＡＴカットからなる矩形状とした水
晶片の両主面に励振電極を有し、前記励振電極から互い
に反対側の短辺に第１引出電極を延出して、両短辺に沿
って角部を含む側面及び両主面に前記第１引出電極と接
続した第２引出電極を形成した水晶振動子において、前
記第１引出電極とは反対面の第２引出電極における両角
部の短辺からの幅を中央領域の幅よりも大きくし、少な
くとも一組の対角部を保持した構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水晶振動子を産業上
の技術分野とし、特に衝撃前後の周波数変化を抑制して
等価抵抗を良好に維持した小型な水晶振動子に関する。

【０００２】

【従来の技術】（発明の背景）水晶振動子は、周波数及
び時間の基準源として通信機を含む電子機器に広く用い
られている。近年では、携帯用の電話やデジタルカメラ
等の普及により、極めて小さな水晶振動子が求められて
いる。また、これらのものでは、特に落下や衝撃に対応
して耐衝撃性に優れたものが要求される。

【０００３】（従来技術の一例）第６図及び第７図は、
従来例を説明する水晶振動子の図である。なお、第６図
は断面図、第７図はカバーを除く分解斜視図である。水
晶振動子は、容器１内に水晶片２を密閉封入してなる。
容器１は平板状の容器本体３に凹状のカバー４を例えば
ガラス５によって封止する。容器本体３は積層セラミッ
クからなり、搭載電極６を表面に有する。外表面には、
積層面を経て搭載電極６に接続した実装電極７を有す
る。

【０００４】水晶片２は矩形状としてＡＴカットからな
り、Ｚ’軸方向を長辺ＬとしてＸ軸方向を短辺Ｗ（但
し、Ｌ＞Ｗ）とする。なお、ＡＴカットは、結晶軸（Ｘ
ＹＺ）のＹ軸に主面が直交したＹ板を、Ｘ軸を回転軸と
してＹからＺ軸方向へ３５度１５分回転した角度である
（第８図）。そして、回転した新たな軸を（Ｘ、Ｙ’
Ｚ’）軸と称している。図中の符号２ＡはＡＴカットの
水晶板である。

【０００５】水晶片２の両主面には励振電極８（ａｂ）
を有し、互いに反対方向の短辺（両端外周部）に幅狭の
第１引出電極９を延出する。そして、角部を含む辺縁全
周（側面及び両主面）に設けた第２引出電極１０に接続
する。これらは、蒸着等により一体的に形成される。そ
して、容器本体３の搭載電極６に水晶片２の両端部中央
を導電性接着剤１１により固着し、電気的・機械的に保
持する。

【０００６】なお、第２引出電極１０を両主面に設ける
のは方向性をなくして、いずれの面でも保持できるよう
にするためであり、角部及び側面の全面に設けるのは、
蒸着による両主面間の電気的接続を確実にするためであ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の水晶振動子では現行の規格は
満足するものの、さらに小型化が要求されると特に衝撃
前後における周波数変化の点で問題があった。具体的に
は現行の携帯型としたデジタルカメラでは、例えば5×
3.2×1.3（長さ×幅×厚み）ｍｍを規格とするが、これ
以下の例えば3.2×2.5×0.8ｍｍの規格要求に対しては
適用が困難な問題があった。

【０００８】すなわち、上記構成のものでは、導電性接
着剤１１を硬化させて水晶片２を固着する。しかし、導
電性接着剤１１は硬化時に収縮して、多かれ少なかれ水
晶片２に応力による歪みを生じさせる。そして、落下等
の衝撃があった場合には、特に導電性接着剤１１を柔軟
性とすると、硬化時の収縮力が吸収され、水晶片２の応
力（歪み）を緩和する。したがって、製品出荷時の歪み
があったときの振動周波数は、応力の緩和された本来の
振動周波数に変化して、周波数偏差を規格外にする問題
があった。

【０００９】また、水晶片２の長辺が短くなるほど、導
電性接着剤１１と振動変位の大きい振動中央部（水晶片
２の中央部）との距離も小さくなって、振動変位分布に
悪影響を及し、振動特性特に等価抵抗を悪化させる問題
もあった。

【００１０】特に、水晶片２の両端部を保持した場合に
は、長辺が短くなるほど、両端部の導電性接着剤１１の
間隔も小さくなって、収縮による振動中央部への影響を
大きくする。このため、例えば一端部両側を保持するこ
とも考えられるが、この場合には他端が自由端となり、
例えば衝撃時に容器底面に衝突して欠損による特性不良
等を引き起す問題があった。

【００１１】（発明の目的）本発明は、衝撃前後の周波
数変化を抑制して等価抵抗を良好に維持した小型な水晶
振動子を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】（着目点）本発明は、
Ｚ’軸から±３０度回転した両端を保持した場合には、
応力感度が最も少なく（零感度）、これによって周波数
変化を防止する応力感度特性に着目した（参照：J.M.Ra
tajski：The forse sensitivity of AT-cut Quartzcrys
tals.Proc.20th ASFC.(1966）。

【００１３】すなわち、水晶片２の対角方向をＺ’軸か
ら±３０度傾斜した方向とする辺比を選択し、矩形状で
は最も長い対角部を保持すれば応力感度を最小にして、
振動変位分布に与える影響も少なく、衝撃前後の周波数
変化を防止して等価抵抗も小さく維持できるのではと着
想した。

【００１４】なお、応力感度特性とは、第９図に示すと
おりであり、円板状とした水晶片２の中心を通る軸方向
の両端部に応力を加えたときの、軸方向に対する周波数
変化特性である。ＡＴカットでは、Ｘ軸から６０度及び
１２０度回転したとき、すなわちＺ’軸から±３０度回
転したときの両端部に応力を加えたとき周波数変化は０
となる。また、振動周波数が高くなるほど周波数変化は
大きくなる。

【００１５】（解決手段）本発明は、ＡＴカットとした
Ｚ’軸方向に長い水晶片２の対角方向をＺ’軸から±３
０度±５度傾斜した方向として、少なくても一組の対角
部を保持したことを基本的な第１解決手段とする（請求
項１）。

【００１６】また、水晶片２の第１引出電極９に接続し
た第２引出電極１０における反対面の両角部の短辺から
の幅を中央部領域の幅よりも大きくしたことを基本的な
第２解決手段とする（請求項２）。

【００１７】

【作用】本発明の第１解決手段では、矩形状とした水晶
片２の最も長い対角方向を応力感度の最も小さいＺ’軸
から約±３０度傾斜した方向に一致させて、対角部を保
持する。したがって、保持方向を応力感度の最も小さい
Ｚ’軸から±３０度傾斜した方向に一致させるので、両
端保持による周波数変化を最小限に軽減する。また、最
も長い対角部を保持するので、水晶片２の振動変位が最
も大きい中央部への影響をも最小限にして、等価抵抗を
小さく維持する。

【００１８】また、第２解決手段では、第２引出電極１
０の反対面における両角部の短辺からの幅を大きくして
中央領域を小さくするので、対角部を保持する際に導電
性接着剤１１との接着面積を確保するとともに、励振電
極８（ａｂ）の面積を十分にするので、電気的短絡を起
こすことなく、振動特性特に等価抵抗の劣化を防止す
る。以下、本発明の一実施例を説明する。

【００１９】

【実施例】第１図は本発明の一実施例を説明する水晶振
動子の分解図である。なお、前従来例図と同一部分には
同番号を付与してその説明は簡略する。水晶振動子は、
前述したようにＺ’軸方向を長辺ＬとしてＸ軸方向を短
辺ＷとしたＡＴカットの水晶片２を、容器本体３とカバ
ー４とのガラス封止による容器１内に密閉封入してな
る。なお、ここでの容器本体３は凹状として、カバー４
は平板とする。

【００２０】そして、この実施例では、第２図に示した
ように矩形状とした水晶片２の対角方向をＺ’軸から約
３０度傾斜した方向とする。すなわち、水晶片２の長辺
Ｌと短辺Ｗの辺比Ｗ／Ｌを約ｔａｎ30゜（0.632）に選
定する。そして、両主面には長円状として対向する励振
電極８（ａｂ）を形成し、幅を同径とした第１引出電極
９を両端側の短辺に延出する。

【００２１】なお、両主面の励振電極８（ａｂ）の大き
さは、マスクズレ等による幅方向の非重畳を防止するた
めに非対称とする。そして、両端側の短辺には角部を含
めて両主面及び側面の外周表面に第２引出電極１０を形
成する。第１引出電極９とは反対面（折返面）の第２引
出電極１０における折返面の角部の短辺からの幅ｄ1
は、短辺中央領域の幅ｄ2よりも大きくする。

【００２２】そして、水晶片２の一組の対角部を導電性
接着剤１１により、容器本体の搭載電極６に固着して、
電気的・機械的に保持した構成とする。

【００２３】（実施例の作用効果）第３図は中央部の両
端を保持した従来例（曲線イ）と比較した、本実施例
（曲線ロ）による耐衝撃試験の結果を示すグラフであ
る。なお、ここでの耐衝撃試験は、水晶振動子を回路基
板に搭載して１５０ｇの重量を付加し、上下前後左右の
６方向を１サイクルとしてコンクリート上に１．５ｍ上
方から落下させた、５０サイクルの周波数変化特性図で
ある。

【００２４】また、横軸は上下前後左右の６方向の１サ
イクル一回とした落下回数であり、縦軸は落下前の基準
周波数Ｆに対する各落下後の周波数変化率ΔＦ／Ｆ（ｐ
ｐｍ）である。そして、ここでの水晶片２は、長辺Ｌが
２ｍｍ、短辺Ｗが１．２６５ｍｍで辺比Ｗ／Ｌを0.6325
とし、対角方向はＺ’軸から３２．３度傾斜した方向と
なる。また、供試振動子はそれぞれ１０個づつである。
また、振動周波数は４８ＭＨｚ（基本波）である。

【００２５】この実験から明らかなように、１０個の平
均値（黒点で示す）の場合を比較すると、従来例では
（曲線イ）、落下回数が３サイクル目で、周波数偏差が
５ｐｐｍとなり、サイクル数の増加に伴って周波数偏差
も上昇し、５０サイクル目では１０ｐｐｍを越えてしま
う。

【００２６】これに対し、本実施例では（曲線ロ）で
は、１〜５サイクル目で若干の周波数偏差の増加（約
２．５ｐｐｍ）はあるものの、５０サイクル目に至って
も２．５ｐｐｍ以内を維持する。なお、５サイクル目以
上で周波数偏差が２．５ｐｐｍに飽和するが、これは衝
撃により導電性接着剤の収縮による応力（歪み）が解除
して本来の周波数に戻ったものと考えられる。

【００２７】この点、従来例では、５０サイクル目でも
周波数偏差は増加傾向にあり、未飽和であるが、これは
振動領域に接近した両端の中央を保持しているので、微
小の歪みが振動領域に影響を与えていると考えられる。

【００２８】また、各サイクル毎の線で示す各１０個の
周波数偏差分布を比較しても、従来例では３サイクル目
以上でその幅が広くて（５ｐｐｍ以上）バラツキが大き
く、本実施例では１〜５０サイクル間にわたり均一（約
２ｐｐｍ以内）となる。

【００２９】こらのことから、従来例のものでは例えば
通常では±１０ｐｐｍ以内を維持したとしても、度重な
る落下等の衝撃によって、例えば前述のデジタルカメラ
等で要求される周波数偏差１５ｐｐｍを越えてしまう。
これに対し、本実施例では、２．５ｐｐｍ以内を維持す
るので、十分に±１５ｐｐｍの規格を満足する。

【００３０】このように本実施例では、水晶片２の対角
方向をＺ’軸から約３０度傾斜した方向として、一組の
対角部を導電性接着剤によって固着する。したがって、
応力感度が最小（零）の両端を保持するので、周波数変
化を防止する。

【００３１】第４図は従来例と比較した本実施例の等価
抵抗値の分布図である。なお、供試振動子はそれぞれ２
００個であり、横軸は抵抗値、縦軸は個数である。ま
た、斜線棒は従来、黒塗棒は本実施例である。

【００３２】この分布図からも明らかなように、従来例
（斜線棒）では１５〜４０Ωにわたって散在するが、本
実施例では１５から３０Ω内に集約される。ちなみに、
平均値では従来例の約２５Ωに対して、本実施例では１
９Ωとなり、等価抵抗の点でも本実施例の方が有利とな
る。

【００３３】このように、本実施例では、水晶片２の振
動変位が大きい中央部から最も離間した一組の対角部を
保持する。したがって、振動に与える影響を防止して特
に等価抵抗を小さく維持できる。

【００３４】また、第２引出電極１０の反対面の角部の
幅を大きくして中央領域の幅を小さくする。したがっ
て、電気的な短絡を防止して、励振電極８（ａｂ）の電
極面積を十分にする。また、導電性接着剤１１との電気
的な接合面積を十分にして、導通抵抗の悪化を防止す
る。

【００３５】また、この実施例では第１引出電極９を励
振電極の幅と同一としたので、例えばマスクが長辺方向
にずれたとしても対向する電極面積を増加させても減少
することはない。したがって、電極面積を確保してこれ
による等価抵抗の上昇を抑制する。

【００３６】

【他の事項】上記実施例では、水晶片２の辺比Ｗ／Ｌを
0.6325としてＺ’軸との傾斜角を零感度点の３０度から
若干ずれたとなる３２．３度としたが、これは傾斜角を
３０度とすると輪郭系のスプリアス振動が発生するため
である。

【００３７】第５図は水晶片２の長辺Ｌを２ｍｍとし、
短辺を0.933ｍｍとしたすなわち傾斜角を２５度とした
ときの前述同様の耐衝撃試験の周波数変化特性図であ
る。これによれば、実施例よりも周波数変化特性は劣る
が、５０サイクル目においても周波数偏差ΔＦ／Ｆは５
ｐｐｍ以内を維持する。

【００３８】このように本実施例では、対角方向が必ず
しもＺ軸から３０度傾斜した方向ではなく、スプリアス
振動等を考慮して３０度±５度の範囲内であれば良好な
振動特性を得て、衝撃前後の周波数変化特性を良好にす
ることができる。また、Ｚ’軸から＋方向のみならず−
方向に３０度傾斜してもよく結果として±３０度±５度
の範囲内であればよい。

【００３９】また、上記例では、一組の対角部のみを保
持したが、二組の対角部（四隅部）を保持したとしても
その効果を期待できる。すなわち、いずれの対角方向に
おいても零感度方向となるので、両端保持による影響は
小さい。なお、この場合、対角方向のみならず両長辺側
で直線方向にも応力が発生するが、振動中央領域からは
外れるのでその影響は小さい。したがって、本発明はこ
れを技術的範囲から除外するものではない。但し、一組
の対角部のみを保持した方が有利である。

【００４０】また、両主面で対向する励振電極８は長円
状としたが、円でも矩形状であってもよい。そして、引
出電極９は励振電極８と同一幅としたが、幅狭であって
もよい。さらに、容器１は凹状の容器本体３と平板状の
カバー４とのガラス封止としたが、これらの形態は必要
に応じて任意に選択できる。

【００４１】要するに、本発明の請求項１ではＺ’軸方
向に長い矩形状とした水晶片の対角方向を±３０度とし
て、最も離間した対角部を保持することによって、振動
変位を抑圧せずに等価抵抗を良好に維持して、衝撃前後
の周波数変化を最小限にする事が主旨であり、このよう
なものは適宜自在な変更を含めて、本発明の技術的範囲
に属する。

【００４２】また、請求項２では、第１引出電極とは反
対面の第２引出電極の角部の幅を大きくして、励振電極
の大きさ及び導電性接着剤の接合面積を十分にすること
を主旨とし、仮にＸ軸方向に長い矩形状であったとして
もこの技術的範囲に属する。

【００４３】

【発明の効果】本発明は、ＡＴカットとしたＺ’軸方向
に長い水晶片２の対角方向をＺ’軸から±３０度±５度
傾斜した方向として、少なくても一組の対角部を保持し
たので、衝撃前後の周波数変化を抑制して等価抵抗を良
好に維持した小型な水晶振動子を提供できる。

【００４４】また、水晶片２の第１引出電極９に接続し
た第２引出電極１０における反対面の両角部の短辺から
の幅を中央部領域の幅よりも大きくしたので、励振電極
面積を十分にして、導電性接着剤の接合面積を確保し、
さらに衝撃前後の周波数変化を抑制して等価抵抗を良好
に維持した小型な水晶振動子を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の一実施例を説明する水晶振動子の分
解斜視図である。

【図２】本実施例の一実施例を説明する水晶片の図であ
る。

【図３】本実施例の一実施例の作用効果を説明する衝撃
前後の周波数変化特性図である。

【図４】本実施例の一実施例の作用効果を説明する等価
抵抗の分布図である。

【図５】本実施例の一実施例の作用効果を説明する他の
例の衝撃前後の周波数変化特性図である。

【図６】従来例を説明する水晶振動子の断面図である。

【図７】従来例を説明する水晶振動子の一部分解斜視図
である。

【図８】従来例を説明するＡＴカットの切断方位図であ
る。

【図９】従来例を説明する本発明が着目した応力感度特
性図である。

【符号の説明】

１ 容器、２ 水晶片、３ 容器本体、４ カバー、５
ガラス、６ 搭載電極、７ 実装電極、８ 励振電
極、９ 第１引出電極、１０ 第２引出電極、１１ 導
電性接着剤．

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【手続補正書】

【提出日】平成１１年８月２日（１９９９．８．２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図８】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】結晶軸（ＸＹ’Ｚ’）のＺ’軸方向を長辺
   としてＸ軸方向を短辺とした矩形状のＡＴカットからな
   る水晶片を用いた水晶振動子において、前記水晶片の対
   角方向を前記Ｚ’軸方向から±３０度±５度傾斜した方
   向として、前記水晶片の少なくても一組の対角部を保持
   したことを特徴とする水晶振動子。
2. 【請求項２】ＡＴカットからなる矩形状とした水晶片の
   両主面に励振電極を有し、前記励振電極から互いに反対
   側の短辺に第１引出電極を延出して、両短辺に沿って角
   部を含む側面及び両主面に前記第１引出電極と接続した
   第２引出電極を形成した水晶振動子において、前記第１
   引出電極とは反対面の第２引出電極における両角部の短
   辺からの幅を中央領域の幅よりも大きくし、少なくとも
   一組の対角部を保持したことを特徴とする水晶振動子。