JP2003338727A

JP2003338727A - 水晶ユニット

Info

Publication number: JP2003338727A
Application number: JP2002183693A
Authority: JP
Inventors: Hirofumi Kawashima; 宏文川島
Original assignee: Piedek Technical Laboratory
Current assignee: Piedek Technical Laboratory
Priority date: 2002-05-21
Filing date: 2002-05-21
Publication date: 2003-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】等価直列抵抗Ｒ_１の小さい、周波数温度特性
に優れた超小型の水晶ユニットを提供することにある。【解決手段】音叉腕と音叉基部からなる音叉型屈曲水
晶振動子を複数個電気的に並列に接続する事により、広
い温度範囲に亙って周波数変化が小さく、等価直列抵抗
Ｒ_１の小さい超小型の水晶ユニットを提供することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は音叉型屈曲水晶振動
子を収納した水晶ユニットで、小型化、高精度化、耐衝
撃性、低廉化の要求の強い携帯機器用の基準信号源とし
て最適な振動子形状と電極形成を具えた水晶ユニットに
関する。特に、周波数温度特性に優れた、等価直列抵抗
Ｒ_１の小さい、Ｑ値の大きい複数個の音叉型屈曲水晶振
動子を具えた水晶ユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】図５（ａ）および（ｂ）は従来の音叉型
屈曲水晶振動子１００を収納した水晶ユニット１０１
の、蓋を省略した状態での正面図および、蓋付きの状態
での側面図である。音叉型屈曲水晶振動子１００は音叉
腕１０２，１０３と音叉基部１０４を具えて構成されて
いる。音叉基部１０４はケース１０５の固定部１０６に
接着剤１０７，１０８等によって固定されている。又、
固定部１０６には電極１０９、１１０が配置されてい
て、２電極端子を構成している。更に、ケース１０５と
蓋１１１は金属１１２を介して接合されている。従来の
水晶ユニットはこのように１個の音叉型屈曲水晶振動子
を具えて構成されている。図６には図５の音叉腕の断面
図を示す。音叉腕の断面形状は一般的には長方形をして
いる。一方の音叉腕の断面の上面には電極２０３が下面
には電極２０４が配置されている。側面には電極２０
５，２０６が設けられている。他方の音叉腕の上面には
電極２０７が下面には電極２０８が更に側面には電極２
０９，２１０が配置され２電極端子Ｈ−Ｈ′構造を成し
ている。また、図７は従来の音叉型屈曲水晶振動子の周
波数温度特性を示す。２次曲線で近似することができ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】腕時計や携帯機器等の
クロック源に用いられている従来の音叉型屈曲水晶振動
子の周波数温度特性は２次曲線で近似されるため、広い
温度範囲では温度に対する周波数の変化が大きくなるな
どの課題が残されていた。このようなことから、周波数
温度特性に優れた、音叉型屈曲水晶振動子を具えて構成
される超小型で、表面実装型の水晶ユニットが所望され
ていた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下の方法で
従来の課題を有利に解決した水晶ユニットを提供するこ
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表面実装
型のケースと、蓋とを具えて構成される水晶ユニットで
あって、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
は接合部材を介して接合されている水晶ユニットにおい
て、複数個の音叉型屈曲水晶振動子が前記ケースに固定
されていて、複数個の前記振動子の各音叉腕と各音叉基
部には電極が配置され、前記複数個の振動子の各々が電
気的に並列になるように前記振動子の電極とケースの裏
面に設けられた電極とが接続、構成されている事を特徴
とする水晶ユニットである。

【０００６】本発明の水晶ユニットの第２の態様は、各
音叉型屈曲水晶振動子の間には仕切り部が設けられてい
る第１の態様に記載の水晶ユニットである。

【０００７】本発明の水晶ユニットの第３の態様は、水
晶振動子と、その水晶振動子を収納する表面実装型のケ
ースと、蓋とを具えて構成され、前記ケースと前記蓋は
接合部材を介して接合されている水晶ユニットにおい
て、前記水晶ユニット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少なくとも１個収納されて
いて、更に、前記水晶ユニット内には屈曲モードと異な
る振動モードの振動子又はフイルター又は発振器が収納
されている水晶ユニットである。

【０００８】

【作用】このように、本発明の水晶ユニットは複数個の
音叉型屈曲水晶振動子を収納し、これらの振動子は電気
的に並列になるように電極が構成されるので、合成され
た等価直列抵抗を小さくすることができる。と同時に、
周波数温度特性、即ち、頂点温度の異なる複数個の振動
子を採用することにより、周波数温度特性を改善するこ
とができる。

【０００９】

【本発明の実施の形態】以下に、本発明の水晶ユニット
の実施例を図面に基づき具体的に述べる。

【００１０】図１は本発明の第１実施例の水晶ユニット
の蓋を省略した状態での正面図である。この実施例の水
晶ユニット４００はケース４０１と、図６で示された、
音叉型屈曲水晶振動子と同じ電極配置を有する、２個の
音叉型屈曲水晶振動子４０２，４０３と、図示しない蓋
とを具えて構成されている。又、一方の音叉型屈曲水晶
振動子４０２は、音叉腕４０４，４０５と音叉基部４０
６とを具えて構成されている。同様に、他方の音叉型屈
曲水晶振動子４０３は、音叉腕４０７，４０８と音叉基
部４０９とを具えて構成されている。尚、本実施例で
は、ケースの材料として、セラミクス又はガラスが、蓋
の材料として、金属又はガラスが、ケースと蓋との接合
部材として、金属又は低融点ガラスが用いられる。

【００１１】また、音叉基部４０６，４０９はケース４
０１に設けられた固定部４１１の複数の個所に導電性接
着剤４１２，４１３，４１４，４１５又は半田によって
固定されている。

【００１２】又、固定部４１１には４個の電極４２０，
４２１，４２２，４２３が配置されていて、音叉基部４
０６，４０９にそれぞれ配置された互いに異極となる電
極にそれぞれ接続されている。即ち、本実施例では、音
叉型屈曲水晶振動子４０２と音叉型屈曲水晶振動子４０
３とがそれぞれ２電極端子を構成している。更に、本実
施例の電極構成の変形例としては、少なくとも２個の電
極、例えば、電極４２１と電極４２２とが共通の電極
（１個の電極）になるように構成しても良い。

【００１３】更に、図示されていないが、固定部４１１
の４個の電極４２０，４２１，４２２，４２３は、ケー
ス４０１の裏面にまで延在して配置されている。又は、
少なくとも前記電極の２個が共通電極となり、裏面には
３個の電極又は２個の電極が配置されている。

【００１４】さらに詳述するならば、音叉型屈曲水晶振
動子４０２と音叉型屈曲水晶振動子４０３の各々の音叉
腕と各々の音叉基部に電極が配置され、各々の音叉基部
の電極の内少なくとも２個はケースの裏面の電極と接続
されている。そして、両振動子が電気的に並列に接続さ
れるようにケースの裏面の電極と振動子の電極は接続、
構成される。即ち、２個の音叉型屈曲水晶振動子４０
２，４０３とを電気信号により励振させた時に、両振動
子が電気的に並列に接続されている電極の構成を電気的
に並列な構成と言う。

【００１５】また、両音叉型屈曲水晶振動子４０２，４
０３を形成する水晶の結晶面の角度の変更により、両水
晶振動子にそれぞれ異なる周波数温度特性を持たせる事
ができる。即ち、頂点温度の異なる音叉型屈曲水晶振動
子を得ることができる。更に、これらの水晶振動子を電
気的に並列に接続することにより、音叉型屈曲水晶振動
子の周波数温度特性を改善することができる。良好な周
波数温度特性を得るためには、両振動子４０２，４０３
との周波数差は３０ｐｐｍ以内にすることが好ましい。
また、図２に、両音叉型屈曲水晶振動子４０２，４０３
の電気的な接続図を示す。更に、図示されていないが、
振動子４０２，４０３の少なくとも一方に、振動子に直
列にコンデンサを接続して、両振動子の周波数を合わせ
ても良い。又、コンデンサはケースの裏側に溝を設け
て、この溝に配置されているかケース内に設けられてい
る。

【００１６】図３に上記音叉型屈曲水晶振動子４０２，
４０３を具える本実施例の水晶ユニットの周波数温度特
性の一例を示す。図２の、一方の振動子４０２が温度特
性４３０を、他方の振動子４０３が温度特性４３１を有
する場合、電気的に並列に接続されると両水晶振動子の
周波数温度特性は曲線４３２のようになる。即ち、本実
施例の音叉型屈曲振動子は、曲線４３２に示すような周
波数温度特性を有することとなり、これにより、温度変
化に対して周波数変化の少ない安定した特性の水晶振動
子とすることができる。この結果、本実施例の水晶ユニ
ットは超小型で、しかも、周波数温度特性に優れた水晶
ユニットが実現できる。

【００１７】図４は本発明の第２実施例の水晶ユニット
の蓋を省略した状態での正面図である。この実施例の水
晶ユニット４５０はケース４５１と、第１実施例の音叉
型屈曲水晶振動子と同じ電極構成とを有する２個の音叉
型屈曲水晶振動子４５２、４５３と、図示しない蓋とを
具えて構成されている。また、ケース４５１には両水晶
振動子４５２，４５３の振動の干渉を防止する仕切り部
４５４が両振動子４５２，４５３の間に設けられてい
る。又、仕切り部４５４の高さは、ケース４５１の高さ
と同じか、それより低くなるように設けられている。

【００１８】又、本実施例では、２個の音叉型屈曲水晶
振動子４５２、４５３の振動の干渉を防止する仕切り部
４５４がケース４５１に連なるように両水晶振動子の間
に設けられているが、両水晶振動子４５２，４５３を両
水晶振動子の各音叉基部で接続部を介して両水晶振動子
を一体に形成し、両水晶振動子との間に両水晶振動子と
一体になるように形成しても両水晶振動子の振動の干渉
を防止することができる。更に、本実施例の電極構成は
図示されていないが、図１と全く同じように構成されて
いる。

【００１９】このように、複数個の音叉型屈曲水晶振動
子が電極的に並列に接続されるので、等価直列抵抗Ｒ_１
が小さくなる。例えば、２個の場合で同じ等価直列抵抗
Ｒ_１を有する時、本発明の振動子では約半分の等価直列
抵抗になる。即ち、複数個の振動子を搭載することによ
り、小さい等価直列抵抗を持った水晶ユニットが実現で
きる。また、この実施例では、音叉基部４０６、４０９
は、図１中、振動子４０２、４０３のＵ字型部分の下側
部分全体とされ、又、音叉腕４０４，４０５，４０７，
４０８は、図１中、振動子４０２，４０３のＵ字型部分
の上側の部分全体とされている。本実施例では音叉の叉
部はＵ字型をしているが、本発明は前記形状に限定され
るものではなく、音叉の叉部が矩形をしていてもよい。
この場合も、Ｕ字形の形状と同じように、音叉腕と音叉
基部との寸法の関係は前記関係と同じである。

【００２０】又、上記実施例の音叉型屈曲水晶振動子は
音叉腕２本から構成されているが、本発明はこれに限定
されるものではなく、音叉腕が３本以上であっても良
い。

【００２１】更に、周波数温度特性の異なる音叉型屈曲
水晶振動子を得るために、各振動子の寸法を異なるよう
に形成しても良い。また、製造のバラツキでも異なる温
度特性の振動子を得る事がで得きる。

【００２２】又、上記第１と２実施例では、個々に形成
された２個の音叉型屈曲水晶振動子が水晶ユニットに収
められているが、本発明はこれに限定されるものでなく
３個以上でも良い。更に、一体に形成される２個以上の
音叉型屈曲水晶振動子を用いても良い。例えば、２個の
音叉型屈曲水晶振動子は各振動子の音叉基部の側面で接
続部を介して一体に形成されているもの。更に、本発明
では、音叉基部での接続部を介しての、一体成形であれ
ばいかなる形状での接続、一体成形をも包含するもので
ある。

【００２３】更に、本発明では、２個の音叉型屈曲水晶
振動子の内、少なくとも１個の音叉型屈曲水晶振動子が
収納されていれば良い。即ち、異なる振動モードの振動
子、又は、フイルター、又は、発振器を一緒に収納して
も良い。例えば、音叉型屈曲水晶振動子と厚みすべり水
晶振動子、又は、幅縦水晶振動子、又は、ラーメモード
水晶振動子、又は、捩りモード水晶振動子、又は、ＭＣ
Ｆフイルター、又は、ＴＣＸＯ，又は、ＶＣＸＯ、又
は、ＸＯである。また、本実施例の振動子を円筒形の容
器に収納しても良い。なお、上記実施例の水晶振動子は
化学的又は物理的エッチング法を用いて形成される。

【００２４】更に、本発明の水晶ユニットとは、別々の
水晶ユニットに本実施例の振動子を収納し、それらの水
晶ユニットを接着材等で張り合わせたものをも包含する
ものである。

【発明の効果】以上述べたように、本発明の水晶ユニッ
トによれば、次の如き著しい効果が得られる。（１）複数個の音叉型屈曲水晶振動子が、別々の各ユニ
ットのケースに収納されるのでなく、同じユニットのケ
ースに収納されるので、安価な水晶ユニットが実現でき
る。と同時に、これらの振動子を電気的に並列に接続す
ることにより、周波数温度特性に優れた水晶ユニットが
得られる。（２）複数個の音叉型屈曲水晶振動子を個々に、又は一
体に形成し、更に、電極的に並列に接続されるので、等
価直列抵抗Ｒ_１が小さくなる。例えば、２個の場合で同
じ等価直列抵抗Ｒ_１を有する時、本発明の振動子では約
半分の等価直列抵抗になる。即ち、複数個の振動子を搭
載することにより、小さい等価直列抵抗を持った水晶ユ
ニットが実現できる。（３）個々に、又は、一体に形成された複数個の音叉型
屈曲水晶振動子が搭載されるので、何らかの理由でそれ
らのうちの１個が破損しても、水晶ユニットとしての機
能を維持することができる。（４）音叉型屈曲水晶振動子と異なる振動モードの振動
子又はフイルター又は発振器が水晶ユニット内に複数個
収納されているので、複数の電気信号出力を同時に水晶
ユニットから取り出すことができ、しかも、小型で、安
価な水晶ユニットが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の水晶ユニットの、蓋を省
略した状態での正図である。

【図２】図１の音叉型屈曲水晶振動子の電気的な接続図
である。

【図３】上記第１実施例の水晶ユニットの周波数温度特
性の一例を示す関係線図である。

【図４】本発明の第２実施例の水晶ユニットの、蓋を省
略した状態での正図である。

【図５】（ａ）および（ｂ）は従来の水晶ユニットの、
蓋を省略した状態での正面図および、蓋付きの状態での
側面図である。

【図６】図５に示す従来の音叉型屈曲水晶振動子の音叉
腕を示す断面図である。

【図７】従来の水晶ユニットの周波数温度特性の一例を
示す関係線図である。

【符号の説明】

４００、４５０水晶ユニット４０１，４５１ケース４０２，４０３，４５２，４５３音叉型屈曲水晶振動
子１０２，１０３、４０４，４０５，４０７，４０８音
叉腕１０４、４０６，４０９音叉基部１０９，１１０、２０３，２０４，２０５，２０６，２
０７，２０８，２０９，２１０、４２０，４２１，４２
２，４２３電極１１１蓋Ｅｘ，Ｅｚｘ軸とｚ軸方向の電界

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水晶振動子と、その水晶振動子を収納す
る表面実装型のケースと、蓋とを具えて構成される水晶
ユニットであって、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
材を介して接合されている水晶ユニットにおいて、複数個の音叉型屈曲水晶振動子が前記ケースに固定され
ていて、複数個の前記振動子の各音叉腕と各音叉基部に
は電極が配置され、前記複数個の振動子の各々が電気的
に並列になるように前記振動子の電極とケースの裏面に
設けられた電極とが接続、構成されている事を特徴とす
る水晶ユニット。
【請求項２】各音叉型屈曲水晶振動子の間には仕切り
部が設けられている事を特徴とする請求項１に記載の水
晶ユニット。
【請求項３】水晶振動子と、その水晶振動子を収納す
る表面実装型のケースと、蓋とを具えて構成され、前記
ケースと前記蓋は接合部材を介して接合されている水晶
ユニットにおいて、前記水晶ユニット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少なくとも１個収納されてい
て、更に、前記水晶ユニット内には屈曲モードと異なる
振動モードの振動子又はフイルター又は発振器が収納さ
れている事を特徴とする水晶ユニット。