JP2003204240A5

JP2003204240A5 -

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Publication number: JP2003204240A5
Application number: JP2002060827A
Authority: JP
Filing date: 2002-03-06
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2022-03-06

Description

【０００８】
即ち、本発明の水晶ユニットの第１の態様は、水晶振動子と、その水晶振動子を収納するケースと、蓋とを具えて構成される水晶ユニットで、前記ケース内には前記水晶振動子として、音叉腕と音叉基部とが一体に形成されて屈曲モードで振動する音叉型屈曲水晶振動子が接着剤又は半田によって前記ケースの固定部に固定されていて、前記ケースと前記蓋は接合部材を用いて接合され、前記音叉型屈曲水晶振動子の音叉腕の側面に電極が配置され、前記側面の電極に対抗して位置するように極性の異なる電極が前記音叉腕の溝に配置されている水晶ユニットである。

【０００９】
本発明の水晶ユニットの第２の態様は、各音叉腕の上下面の幅方向には各々２個の段差部が設けられ、前記２個の段差部には同極となる電極が配置され、前記各電極と対抗する側面に配置された電極は極性が異なる第１の態様に記載の水晶ユニットである。

【００１０】
本発明の水晶ユニットの第３の態様は、複数個の水晶振動子が同一の水晶ユニット内に収納されていて、その中の少なくとも１個が音叉型屈曲水晶振動子である水晶ユニットである。

【００１１】
本発明の水晶ユニットの第４の態様は、同一の水晶ユニット内には２個の振動モードの異なる振動子が収納され、１個の水晶振動子は幅と厚みと長さとを有する音叉腕と音叉基部とを具えて構成され、屈曲モードで振動する音叉型屈曲水晶振動子で、前記音叉腕の一端部は音叉基部に接続され、他端部は自由である音叉型屈曲水晶振動子で、前記音叉腕は少なくとも第１音叉腕と第２音叉腕を具えて構成され、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕と前記音叉基部とはエッチング法によって一体に形成されていて、第１音叉腕と第２音叉腕の上下面にはそれぞれ厚みの方向に対抗して溝が設けられ、前記溝は第１音叉腕と第２音叉腕の上下面に各々１個の溝が設けられ、各々の溝には第１音叉腕の溝の電極と第２音叉腕の溝の電極との極性が異なる電極が配置されると共に、前記溝の電極と対抗して配置された音叉腕の側面の電極とは極性が異なる２電極端子を構成し、前記２電極端子の内、１電極端子は第１音叉腕の上下面の溝に配置された電極と第２音叉腕の両側面に配置された電極から構成され、且つ、上下面の溝に配置された前記電極と両側面に配置された前記電極とが接続され、他の１電極端子は第１音叉腕の両側面に配置された電極と第２音叉腕の上下面の溝に配置された電極から構成され、且つ、両側面に配置された前記電極と上下面の溝に配置された前記電極とが接続されていて、前記２個の振動子の間には仕切りが設けられている第３の態様に記載の水晶ユニットである。

【００１２】
本発明の水晶ユニットの第５の態様は、水晶振動子と、その水晶振動子を収納するケースと、蓋とを具えて構成される水晶ユニットで、前記水晶振動子は幅と厚みと長さとを有する音叉腕と音叉基部とを具えて構成され、屈曲モードで振動する音叉型屈曲水晶振動子で、前記音叉腕の一端部は音叉基部に接続され、他端部は自由である音叉型屈曲水晶振動子で、前記音叉腕は少なくとも第１音叉腕と第２音叉腕を具えて構成され、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕と前記音叉基部とはエッチング法によって一体に形成されていて、第１音叉腕と第２音叉腕の上下面にはそれぞれ厚みの方向に対抗して溝が設けられ、前記溝は第１音叉腕と第２音叉腕の上下面に各々１個の溝が設けられ、各々の溝には第１音叉腕の溝の電極と第２音叉腕の溝の電極との極性が異なる電極が配置されると共に、前記溝の電極と対抗して配置された音叉腕の側面の電極とは極性が異なる２電極端子を構成し、前記２電極端子の内、１電極端子は第１音叉腕の上下面の溝に配置された電極と第２音叉腕の両側面に配置された電極から構成され、且つ、上下面の溝に配置された前記電極と両側面に配置された前記電極とが接続され、他の１電極端子は第１音叉腕の両側面に配置された電極と第２音叉腕の上下面の溝に配置された電極から構成され、且つ、両側面に配置された前記電極と上下面の溝に配置された前記電極とが接続されていて、前記２電極端子に直流電圧を印加したときに、前記第１音叉腕の中立線に対して音叉の叉部側に存在する音叉腕の内側側面の電極と、その電極に対抗して配置された溝側面の電極との間に前記電極に垂直に発生する電界の方向と、前記第２音叉腕の中立線に対して音叉の叉部側に存在する音叉腕の内側側面の電極と、その電極に対抗して配置された溝側面の電極との間に前記電極に垂直に発生する電界の方向とが同じで、更に、前記第１音叉腕の中立線に対して音叉の叉部側と反対の位置に存在する音叉腕の外側側面の電極と、その電極に対抗して配置された溝側面の電極との間に前記電極に垂直に発生する電界の方向と、前記第２音叉腕の中立線に対して音叉の叉部側と反対の位置に存在する音叉腕の外側側面の電極と、その電極に対抗して配置された溝側面の電極との間に前記電極に垂直に発生する電界の方向とが同じで、かつ、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の中立線に対して音叉の内側に発生する電界の方向と、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の中立線に対して音叉の外側に発生する電界の方向とは互いに方向が反対で、前記電界の方向は大略ｘ軸（電気軸）の方向に一致し、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕のそれぞれ厚み方向に対抗して設けられた溝に配置された電極の、対抗する溝電極と溝電極との間には前記溝電極に対して垂直に発生する電界が厚み方向に存在しないように電極が配置され、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕は前記２電極端子に印加された交番電圧によって逆相の屈曲モードで振動し、更に、音叉腕に生ずる慣性モーメントが大きくなるように、音叉腕の上下面に設けられた各々１個の溝の内、少なくとも１個の溝幅Ｗ_２は部分幅Ｗ_１、Ｗ_３と等しいか、又は部分幅Ｗ_１、Ｗ_３より大きくなるように形成され、かつ、少なくとも１個の溝幅Ｗ_２と音叉腕幅Ｗとの比（Ｗ_２／Ｗ）が、０．３５〜０．８５の範囲内にあり、前記溝の厚みｔ_１と音叉腕の厚みｔとの比（ｔ_１／ｔ）が、０．０５〜０．７９の範囲内にある音叉型屈曲水晶振動子を具えて構成されている水晶ユニットである。

【００１３】
なお、上記第５の態様において、前記音叉腕の上下面の幅方向の任意の位置に各々１個の溝を設け、前記溝が音叉基部にまで延在する振動子を具えて水晶ユニットを構成しても良い。

【００１４】
本発明の水晶ユニットの第６の態様は、音叉腕、又は音叉腕と音叉基部に設けられた溝の長さｌ_１と音叉型屈曲水晶振動子の全長ｌとの比（ｌ_１／ｌ）が、０．２〜０．６８の範囲内にある第５の態様に記載の水晶ユニットである。

【００１５】
本発明の水晶ユニットの第７の態様は、音叉腕の段差部は音叉腕の長さ方向に階段部を有するか、又は分割されている第５の態様又は第６の態様に記載の水晶ユニットである。

【００１６】
なお、上記第３の態様において、２個以上の音叉型屈曲水晶振動子が音叉基部で接続部を介して接続され、且つ、一体に形成されている水晶ユニットを構成しても良い。

【００１７】
本発明の水晶ユニットの製造方法の第１の態様は、音叉型屈曲水晶振動子と、その水晶振動子を収納するケースと、蓋とを具えて構成される水晶ユニットの製造方法で、水晶ウエハに音叉腕と音叉基部とを具えて構成される音叉形状を形成する工程と、音叉腕、又は音叉腕と音叉基部とに溝を設ける工程と、溝の側面とその溝の側面に対抗する音叉腕の側面に互いに異なる極性を有する電極を配置する工程、と音叉基部をケースの固定部に接着剤又は半田にて固定する工程と、周波数を調整する工程と、ケースと蓋とを接合する工程と、を有する水晶ユニットの製造方法である。

【００１８】
本発明の水晶ユニットの製造方法の第２の態様は、ケースと蓋とを接合する工程の後、さらに前記音叉型屈曲水晶振動子の周波数をレーザにて調整の後、前記ケースの穴を真空中で封止する工程を有する第１の態様に記載の水晶ユニットである。

【００１９】
本発明の水晶ユニットの製造方法の第３の態様は、音叉型屈曲水晶振動子を真空中で封止した後、さらに、前記音叉型屈曲水晶振動子の周波数をレーザにて調整する工程を有する第１の態様又は第２の態様に記載の水晶ユニットである。

【００２０】
本発明の水晶ユニットの製造方法の第４の態様は、音叉形状と音叉腕に設けられる溝は別々の工程によって形成され、音叉形状を形成した後に、音叉腕に溝を形成する第１の態様から第３の態様のいずれかに記載の水晶ユニットの製造方法である。

【００２１】
本発明の水晶ユニットの製造方法の第５の態様は、音叉形状と音叉腕に設けられる溝は別々の工程によって形成され、溝を形成した後に、音叉形状を形成する第１の態様から第３の態様のいずれかに記載の水晶ユニットの製造方法である。

【００２２】
本発明の水晶ユニットの製造方法の第６の態様は、音叉形状と音叉腕に設けられる溝は同時の工程によって形成される第１の態様から第３の態様のいずれかに記載の水晶ユニットの製造方法である。

【００３９】
これに対して、溝２５および溝３１の長さｌ_１については、溝２５，３１が、音叉腕２２，２３から長さｌ_２の音叉基部２４にまで延在し、その音叉基部２４に延在する溝の長さがｌ_３となるような寸法とされている。それ故、音叉腕２２、２３に設けられた溝の長さは、（ｌ_１−ｌ_３）で与えられ、等価直列抵抗Ｒ_１の小さな振動子を得るために、溝の長さ（ｌ _１ −ｌ _３）と音叉腕の長さとの比が０．４〜０．７の範囲内の値を有する。更に、音叉基部の歪量を大きくして、Ｒ_１を小さくし、且つ、支持、固定によるエネルギー漏れのない振動子を得るには音叉基部の溝の長さｌ_３と音叉基部の長さｌ_２との比が０．０４〜０．７８の範囲内の値になるように溝２５，３１が構成される。なお、本実施例では、溝の長さｌ_３の側面全部に電極が配置されているが、側面の電極が溝の長さｌ_３より短く配置されている時には、ｌ_３は電極の長さと同じ長さとする。また、音叉型屈曲水晶振動子２１の全長ｌは要求される周波数や収納容器の大きさなどから決定される。と同時に、基本波モードで振動する良好な音叉型屈曲水晶振動子を得るためには、以下で説明するように、溝の長さｌ_１と全長ｌとの間には密接な関係が存在する。

Claims

水晶振動子と、その水晶振動子を収納するケースと、蓋とを具えて構成される水晶ユニットで、前記ケース内には前記水晶振動子として、音叉腕と音叉基部とが一体に形成されて屈曲モードで振動する音叉型屈曲水晶振動子が接着剤又は半田によって前記ケースの固定部に固定されていて、前記ケースと前記蓋は接合部材を用いて接合され、前記音叉型屈曲水晶振動子の音叉腕の側面に電極が配置され、前記側面の電極に対抗して位置するように極性の異なる電極が前記音叉腕の溝に配置されている事を特徴とする水晶ユニット。
各音叉腕の上下面の幅方向には各々２個の段差部が設けられ、前記２個の段差部には同極となる電極が配置され、前記各電極と対抗する側面に配置された電極は極性が異なる事を特徴とする請求項１に記載の水晶ユニット。
複数個の水晶振動子が同一の水晶ユニット内に収納されていて、その中の少なくとも１個が音叉型屈曲水晶振動子である事を特徴とする水晶ユニット。
同一の水晶ユニット内には２個の振動モードの異なる振動子が収納され、１個の水晶振動子は幅と厚みと長さとを有する音叉腕と音叉基部とを具えて構成され、屈曲モードで振動する音叉型屈曲水晶振動子で、前記音叉腕の一端部は音叉基部に接続され、他端部は自由である音叉型屈曲水晶振動子で、前記音叉腕は少なくとも第１音叉腕と第２音叉腕を具えて構成され、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕と前記音叉基部とはエッチング法によって一体に形成されていて、第１音叉腕と第２音叉腕の上下面にはそれぞれ厚みの方向に対抗して溝が設けられ、前記溝は第１音叉腕と第２音叉腕の上下面に各々１個の溝が設けられ、各々の溝には第１音叉腕の溝の電極と第２音叉腕の溝の電極との極性が異なる電極が配置されると共に、前記溝の電極と対抗して配置された音叉腕の側面の電極とは極性が異なる２電極端子を構成し、前記２電極端子の内、１電極端子は第１音叉腕の上下面の溝に配置された電極と第２音叉腕の両側面に配置された電極から構成され、且つ、上下面の溝に配置された前記電極と両側面に配置された前記電極とが接続され、他の１電極端子は第１音叉腕の両側面に配置された電極と第２音叉腕の上下面の溝に配置された電極から構成され、且つ、両側面に配置された前記電極と上下面の溝に配置された前記電極とが接続されていて、前記２個の振動子の間には仕切りが設けられている事を特徴とする請求項３に記載の水晶ユニット。
水晶振動子と、その水晶振動子を収納するケースと、蓋とを具えて構成される水晶ユニットで、前記水晶振動子は幅と厚みと長さとを有する音叉腕と音叉基部とを具えて構成され、屈曲モードで振動する音叉型屈曲水晶振動子で、前記音叉腕の一端部は音叉基部に接続され、他端部は自由である音叉型屈曲水晶振動子で、前記音叉腕は少なくとも第１音叉腕と第２音叉腕を具えて構成され、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕と前記音叉基部とはエッチング法によって一体に形成されていて、第１音叉腕と第２音叉腕の上下面にはそれぞれ厚みの方向に対抗して溝が設けられ、前記溝は第１音叉腕と第２音叉腕の上下面に各々１個の溝が設けられ、各々の溝には第１音叉腕の溝の電極と第２音叉腕の溝の電極との極性が異なる電極が配置されると共に、前記溝の電極と対抗して配置された音叉腕の側面の電極とは極性が異なる２電極端子を構成し、前記２電極端子の内、１電極端子は第１音叉腕の上下面の溝に配置された電極と第２音叉腕の両側面に配置された電極から構成され、且つ、上下面の溝に配置された前記電極と両側面に配置された前記電極とが接続され、他の１電極端子は第１音叉腕の両側面に配置された電極と第２音叉腕の上下面の溝に配置された電極から構成され、且つ、両側面に配置された前記電極と上下面の溝に配置された前記電極とが接続されていて、前記２電極端子に直流電圧を印加したときに、前記第１音叉腕の中立線に対して音叉の叉部側に存在する音叉腕の内側側面の電極と、その電極に対抗して配置された溝側面の電極との間に前記電極に垂直に発生する電界の方向と、前記第２音叉腕の中立線に対して音叉の叉部側に存在する音叉腕の内側側面の電極と、その電極に対抗して配置された溝側面の電極との間に前記電極に垂直に発生する電界の方向とが同じで、更に、前記第１音叉腕の中立線に対して音叉の叉部側と反対の位置に存在する音叉腕の外側側面の電極と、その電極に対抗して配置された溝側面の電極との間に前記電極に垂直に発生する電界の方向と、前記第２音叉腕の中立線に対して音叉の叉部側と反対の位置に存在する音叉腕の外側側面の電極と、その電極に対抗して配置された溝側面の電極との間に前記電極に垂直に発生する電界の方向とが同じで、かつ、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の中立線に対して音叉の内側に発生する電界の方向と、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の中立線に対して音叉の外側に発生する電界の方向とは互いに方向が反対で、前記電界の方向は大略ｘ軸（電気軸）の方向に一致し、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕のそれぞれ厚み方向に対抗して設けられた溝に配置された電極の、対抗する溝電極と溝電極との間には前記溝電極に対して垂直に発生する電界が厚み方向に存在しないように電極が配置され、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕は前記２電極端子に印加された交番電圧によって逆相の屈曲モードで振動し、更に、音叉腕に生ずる慣性モーメントが大きくなるように、音叉腕の上下面に設けられた各々１個の溝の内、少なくとも１個の溝幅Ｗ_２は部分幅Ｗ_１、Ｗ_３と等しいか、又は部分幅Ｗ_１、Ｗ_３より大きくなるように形成され、かつ、少なくとも１個の溝幅Ｗ_２と音叉腕幅Ｗとの比（Ｗ_２／Ｗ）が、０．３５〜０．８５の範囲内にあり、前記溝の厚みｔ_１と音叉腕の厚みｔとの比（ｔ_１／ｔ）が、０．０５〜０．７９の範囲内にある音叉型屈曲水晶振動子を具えて構成されている事を特徴とする水晶ユニット。
音叉腕、又は音叉腕と音叉基部に設けられた溝の長さｌ_１と音叉型屈曲水晶振動子の全長ｌとの比（ｌ_１／ｌ）が、０．２〜０．６８の範囲内にある事を特徴とする請求項５に記載の水晶ユニット。
音叉腕の段差部は音叉腕の長さ方向に階段部を有するか、又は分割されている事を特徴とする請求項５、又は請求項６に記載の水晶ユニット。
音叉型屈曲水晶振動子と、その水晶振動子を収納するケースと、蓋とを具えて構成される水晶ユニットの製造方法で、
水晶ウエハに音叉腕と音叉基部とを具えて構成される音叉形状を形成する工程と、
音叉腕、又は音叉腕と音叉基部に溝を設ける工程と、
溝の側面とその溝の側面に対抗する音叉腕の側面に互いに異なる極性を有する電極を配置する工程、と
音叉基部をケースの固定部に接着剤又は半田にて固定する工程と、
周波数を調整する工程と、
ケースと蓋とを接合する工程と、を有することを特徴とする水晶ユニットの製造方法。
ケースと蓋とを接合する工程の後、さらに前記音叉型屈曲水晶振動子の周波数をレーザにて調整の後、前記ケースの穴を真空中で封止する工程を有することを特徴とする請求項８に記載の水晶ユニットの製造方法。
音叉型屈曲水晶振動子を真空中で封止した後、さらに、前記音叉型屈曲水晶振動子の周波数をレーザにて調整する工程を有することを特徴とする請求項８、又は請求項９に記載の水晶ユニットの製造方法。
音叉形状と音叉腕に設けられる溝は別々の工程によって形成され、音叉形状を形成した後に、音叉腕に溝を形成する事を特徴とする請求項８から請求項１０のいずれかに記載の水晶ユニットの製造方法。
音叉形状と音叉腕に設けられる溝は別々の工程によって形成され、溝を形成した後に、音叉形状を形成する事を特徴とする請求項８から請求項１０のいずれかに記載の水晶ユニットの製造方法。
音叉形状と音叉腕に設けられる溝は同時の工程によって形成される事を特徴とする請求項８から請求項１０のいずれかに記載の水晶ユニットの製造方法。