【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高い電気機械変換効率を有し、主振動が単一の振動モードで振動する幅縦水晶振動子とそれを収納した水晶ユニットに関する。更に、本発明は幅縦水晶振動子のカット角、電極構成、及び形状に関する。特に、小型化、高精度、耐衝撃性、低廉化などの要求の強い携帯機器用、情報通信機器用、計測機器用、及び民生機器用の基準信号源として最適な新カット、新電極構成の幅縦水晶振動子とそれを具えた水晶ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術としては、水晶を用いた幅縦振動モードと長さ縦振動モードが結合したＮＳ−ＧＴカット幅・長さ縦結合水晶振動子がよく知られている。図１２にはこの従来例の平面図を示す。図１２において水晶振動子２００は振動部２０１、接続部２０３、２０６及び支持部２０４、２０７を具えて構成されている。支持部２０４、２０７はそれぞれマウント部２０５、２０８を包含している。更に、図１２と図１３に示されているように、振動部２０１の上下面には電極２０２と２１１が配置され、振動部の電極２０２は接続部２０３を介してマウント部２０５にまで延在している。これに対して、振動部の電極２１１も同様に接続部２０６を介してマウント部２０８にまで延在している。電極２０２と電極２１１は異極となるように構成され、２電極端子を構成している。そして、振動子はマウント部２０５、２０８でリード線や台座に接着剤などで固定される。今、両電極２０２、２１１間に交番電圧を印加すると、図１３の実線と点線で示されるように、電界Ｅｔは厚みＴ方向に交互に働く。その結果、幅Ｗによって大略周波数が決まる幅縦振動モードと長さＬによって大略周波数が決定される長さ縦振動モードが同時に励振され、逆相で両振動モードが結合したＮＳ−ＧＴカット幅・長さ縦結合水晶振動子が得られる。また、上記水晶振動子は化学的エッチング法によって一体に形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＮＳ−ＧＴカット幅・長さ縦結合水晶振動子では、振動部の面積が大きい程（低周波数）等価直列抵抗Ｒ１が小さくなり、品質係数Ｑ値が大きくなる。しかしながら２つの振動モードが結合した、ＮＳ−ＧＴカット幅・長さ縦結合水晶振動子は、それらの周波数はそれぞれ幅Ｗと長さＬに反比例し、且つ、周波数温度特性が幅Ｗと長さＬの比、いわゆる辺比Ｗ／Ｌによって決定され、更に、周波数温度特性が良好となる辺比Ｗ／Ｌ≒０．９５となるので、小型化（高周波数化）しようとすると、振動部の面積が小さくなる。そのため、電気機械変換効率が小さくなり、その結果、等価直列抵抗Ｒ１が大きくなり、品質係数Ｑ値が小さくなるなどの課題が残された。このようなことから、超小型で、等価直列抵抗Ｒ１が小さく、品質係数Ｑ値が高くなるような新カットで、電気機械変換効率が高くなる電極構成を具える水晶振動子とそれを収納した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幅縦水晶振動子とそれを具え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、本発明の幅縦水晶振動子の第１の態様は、振動部と接続部と支持部とを具えて構成され、前記振動部の幅寸法は長さ寸法より小さく、厚み寸法より大きい幅縦水晶振動子において、前記水晶振動子は電気軸ｘ軸に垂直となるＸ板水晶をｘ軸を回転軸として角度θｘ＝−２０°〜＋２０°回転し、更に、機械軸ｙ軸の回転後の新軸ｙ′軸を回転軸として角度θｙ＝−１０°〜＋１０°回転した水晶板から形成されていて、さらに、ｘ軸の回転後の新軸であるｘ′軸に垂直な面となる振動部の上下面には極性の異なる少なくとも一対の電極が対抗して配置され、且つ、前記水晶振動子の振動部と接続部と支持部とは粒子法により一体形成された形状を有し、さらに、前記幅寸法に共振周波数が反比例し、主振動が単一の振動モードで振動する横効果型の幅縦水晶振動子である。
【０００６】
本発明の幅縦水晶振動子の第２の態様は、振動部と接続部と支持部とを具えて構成され、前記振動部の幅寸法は長さ寸法より小さく、厚み寸法より大きい幅縦水晶振動子において、前記水晶振動子は電気軸ｘ軸に垂直となるＸ板水晶を機械軸ｙ軸を回転軸として角度θｙ＝−１０°〜＋１０°回転し、更に、電気軸ｘ軸の回転後の新軸ｘ′軸を回転軸として角度θｘ＝−２０°〜＋２０°回転した水晶板から形成されていて、さらに、ｘ軸の回転後の新軸であるｘ′軸に垂直な面となる振動部の上下面には極性の異なる少なくとも一対の電極が対抗して配置され、且つ、前記水晶振動子の振動部と接続部と支持部とは粒子法により一体形成された形状を有し、さらに、前記幅寸法に共振周波数が反比例し、主振動が単一の振動モードで振動する横効果型の幅縦水晶振動子である。
【０００７】
本発明の幅縦水晶振動子の第３の態様は、振動部と接続部と支持部とを具えて構成され、幅寸法に共振周波数が反比例し、単一振動モードで振動する幅縦水晶振動子で、前記振動部の上面と下面に電極が配置され、前記振動子は圧電定数ｅ１２の絶対値が０．１２３〜０．１８Ｃ／ｍ２を有する水晶板から形成された幅縦水晶振動子である。
【０００８】
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において、
前記ケース内には前記水晶振動子として、第１の態様又は第２の態様又は第３の態様に記載の幅縦水晶振動子を具えた水晶ユニットである。
【０００９】
【作用】
このように、本発明は幅縦水晶振動子とそれを具えた水晶ユニットで、しかも、高い電気機械変換効率を有する水晶板から振動子を形成し、且つ、電極を配置することにより、電気的諸特性と周波数温度特性に優れた超小型の幅縦水晶振動子とそれを具えた水晶ユニットが得られる。
【００１０】
【本発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づき具体的に述べる。
（第１実施例）
図１は本発明の水晶板１のカット角とその座標系との関係である。座標系は原点Ｏ、電気軸ｘ、機械軸ｙ、光軸ｚからなりＯ−ｘｙｚを構成している。まず、ｘ軸に垂直な水晶板、いわゆる、Ｘ板水晶を考える。このとき、Ｘ板水晶の各寸法である幅Ｗ０、長さＬ０、及び厚みＴ０はそれぞれｙ軸、ｚ軸、及びｘ軸方向に一致している。
【００１１】
次に、このＸ板水晶をｘ軸の廻りに角度θｘ＝−２０°〜＋２０°回転し、更に、ｙ軸の新軸ｙ′軸の廻りに角度θｙ＝−１０°〜＋１０°回転される。このとき、ｘ軸の新軸はｘ′軸に、ｚ軸は２軸の廻りに回転されるので、新軸ｚ″と成る。そして、本発明の幅縦水晶振動子は前記した回転水晶板から形成される。本実施例では、Ｘ板水晶を最初に、ｘ軸の廻りに角度θｘ＝−２０°〜＋２０°回転し、次に、ｙ′軸の廻りに角度θｙ＝−１０°〜＋１０°回転されているが、最初に、機械軸ｙ軸の廻りに角度θｙ＝−１０°〜＋１０°回転し、次に、電気軸ｘ軸の新軸ｘ′軸の廻りに角度θｘ＝−２０°〜＋２０°回転してもよい。又、本実施例では、幅縦水晶振動子が形成される水晶板のカット角について述べたが、本発明の振動子のカット角はこれに限定されるものでなく、形成された幅縦水晶振動子が前記した角度を有する振動子であれば良く、本発明はそれらの振動子をも包含するものである。例えば、水晶板の面内回転をしないで、振動子形成に用いるマスク等で面内回転を行うものである。
【００１２】
図２は本発明の第１実施例の幅縦水晶振動子の上面図（ａ）と側面図（ｂ）である。幅縦水晶振動子２は振動部３、接続部６、９とマウント部８、１１をそれぞれ含む支持部７、１０を具えて構成されている。更に、支持部７と支持部１０にはそれぞれ穴７ａと穴１０ａが設けられている。また、振動部３の上面と下面には電極４と電極５が対抗して配置され、それらの電極は異極となるように構成されている。即ち、一対の電極が配置されている。更に、電極４は一方の接続部９を介してマウント部１１にまで延在して配置されている。また、電極５は他方の接続部６を介してマウント部８にまで延在して配置されている。本実施例では、振動部３に配置された電極４と電極５は互いに異なる方向に延在してマウント部まで配置されているが、同方向に延在するように配置しても振動子として同じ特性が得られる。本実施例の振動子はマウント部８、１１が台座等に接着剤や半田によって固定される。
【００１３】
更に、振動部３は幅Ｗ０、長さＬ０、及び厚みＴ０の寸法を有し、幅Ｗ０、長さＬ０、及び厚みＴ０はそれぞれｙ′軸、ｚ″軸、及びｘ′軸方向と一致している。すなわち、ｘ′軸に垂直な面となる振動部３の上面と下面に電極４と電極５が配置されている。又、電極４に対抗する電極５は異極となるように構成されている。更に、振動部３の長さＬ０は幅Ｗ０より大きく、厚みＴ０は幅Ｗ０より小さくなるように設計される。即ち、幅縦振動モードと長さ縦振動モードとの結合を無視できるほどに小さく、且つ、振動部の電極面積を大きくして、等価直列抵抗Ｒ１の小さい幅縦水晶振動子を得るためには、幅Ｗ０と長さＬ０の比Ｗ０／Ｌ０は０．７より小さく、且つ、電界Ｅｘを大きくして、等価直列抵抗Ｒ１の小さい幅縦水晶振動子を得るためには、厚みＴ０と幅Ｗ０との比Ｔ０／Ｗ０は０．８５より小さくすることが必要である。実際のこれらの寸法の決定は幅縦水晶振動子に要求される特性によって決まる。
【００１４】
更に詳述するならば、幅縦水晶振動子の共振周波数は幅寸法Ｗ０に反比例し、他の寸法（長さ、厚み、接続部と支持部）には殆ど依存しない。それ故、幅Ｗ０ を小さくすることにより、小型で、高周波数化が図れる。また、前記した寸法の関係から単一振動モードで振動する幅縦水晶振動子が得られる。
【００１５】
次に、本実施例の幅縦水晶振動子を駆動するのに必要な圧電定数ｅ１２の値について説明する。この圧電定数ｅ１２の値が大きいほど、電気機械変換効率は高くなることを示している。角度θｘ＝−２０°〜＋２０°、θｙ＝−１０°〜＋１０°のとき圧電定数ｅ１２の絶対値は０．１２３〜０．１８Ｃ／ｍ２を有する。この値は従来のＮＳ−ＧＴカット水晶振動子を駆動する圧電定数ｅ２１の絶対値０．１Ｃ／ｍ２より著しく大きくなる。
【００１６】
すなわち、本実施例の幅縦水晶振動子は高い電気機械変換効率を有するので、等価直列抵抗Ｒ１の小さい、品質係数Ｑ値の高い、しかも、超小型の幅縦水晶振動子を得ることができる。
【００１７】
今、図２の電極４と電極５の間に交番電圧を印加すると、電界Ｅｘは図２の実線と点線の矢印で示したように厚み方向に交互に働く。その結果、振動部３は幅方向に伸縮する振動をすることになる。
【００１８】
（第２実施例）
図３は本発明の第２実施例の幅縦水晶振動子１２の上面図（ａ）と下面図（ｂ）である。幅縦水晶振動子１２は振動部１３、接続部１４、２１、マウント部１６とそれに接続される支持フレーム１７，１８、１９を含む支持部１５とマウント部２３とそれに接続されるマウント部２０を含む支持部２２を具えて構成されている。更に、支持フレーム１７の両端部は支持フレーム１８，１９の一端部に接続され、支持フレーム１８、１９の他端部はマウント部２０に接続されている。支持部１５には穴１５ａが、支持部２２には穴２２ａが設けられている。
【００１９】
また、振動部１３の上面と下面には異極で対抗する電極２４と電極２６が配置されている。更に、電極２４は一方の接続部２１を介してマウント部２０にまで延在して配置され、マウント部２０に一方の電極端子となる電極２５が形成される。又、電極２６は他方の接続部１４と支持フレーム１７、１９を介してマウント部２０にまで延在して配置され、マウント部２０に他方の電極端子となる電極２７が形成される。すなわち、２電極端子を形成する。本実施例では、振動部の電極のみが対抗するように配置されている。しかし、他の部分での電極が対抗して配置されてもよく、等価直列抵抗Ｒ１に及ぼす影響は無視できる程に小さい。
【００２０】
更に、振動部１３は幅Ｗ０、長さＬ０と厚みＴ０（図示されていない）の寸法を有し、幅Ｗ０、長さＬ０と厚みＴ０はそれぞれｙ′軸、ｚ″軸とｘ′軸方向と一致している。すなわち、ｘ′軸に垂直な面となる振動部１３の上面と下面には電極２４と電極２６が配置されている。又、電極２４と電極２６は異極となるように構成されている。更に振動部１３の長さＬ０は幅Ｗ０より大きく、厚みＴ０ は幅Ｗ０より小さくなるように設計される。具体的な関係については実施例１で述べた通りである。
【００２１】
このように幅縦水晶振動子を形成することにより、振動子の強度をより強くすることができる。その結果、振動子の一端部を接着剤や半田により台座、あるいはリード線に固定できるので、量産での作業性に優れ、工数を削減することができる。すなわち、安価な幅縦水晶振動子を得ることができる。同時に、衝撃に対して強い幅縦水晶振動子が実現できる。更に、支持部に穴が設けられているので、幅縦モードを圧電的に容易に引き起こすことができる。それ故、等価直列抵抗Ｒ１の小さい、Ｑ値の高い超小型の幅縦水晶振動子が得られる。
【００２２】
尚、本実施例では、互いに異極となる電極がマウント部２０の上面に電極２５を、下面に電極２７を配置しているが、マウント部２０の同一平面に異極となる電極を配置してもよく、同様に安価な振動子が得られる。この方法として、一方の電極を支持フレームの側面、あるいはマウント部の側面を介して同一平面の同極となる電極に接続される。更に、本実施例では振動部に平行に支持フレームが２本設けられているが、１本でも十分な機械的強度を有するので、一本でもよく、十分な特性が得られる。
【００２３】
（第３実施例）
図４は本発明の第３実施例の幅縦水晶振動子２８の上面図（ａ）と下面図（ｂ）である。幅縦水晶振動子２８は、振動部２９、接続部３０、３５、及び支持フレーム３１，３２、３３を含む支持部４１と支持フレーム３６とマウント部３４を含む支持部４２を具えて構成されている。更に、振動部２９は一方の接続部３０を介して支持フレーム３１に接続され、支持フレームの両端部は支持フレーム３２、３３に接続されている。更に、振動部２９は他方の接続部３５を介して支持フレーム３６に接続され、その両端部は支持フレーム３２、３３に接続されている。又、マウント部３４には穴４３が設けられている。この穴４３を設けることにより、幅縦振動を抑圧することなく容易に引き起こすことができる。
【００２４】
更に、振動部２９の上面と下面には異極で対抗する電極３７と電極３９が配置されている。そして、電極３７は一方の接続部３５を介してマウント部３４にまで延在して配置され、マウント部３４に一方の電極端子となる電極３８が形成されている。又、電極３９は他方の接続部３０と支持フレーム３１、３３を介してマウント部３４にまで延在して配置され、マウント部３４に他方の電極端子となる電極４０が形成されている。すなわち、２電極端子を形成する。本実施例以外の電極配置法としては実施例２で述べた方法を本実施例でも含むものである。同時に、支持フレームについても同様に含むものである。
【００２５】
更に、振動部２９は幅Ｗ０、長さＬ０と厚みＴ０（図示されていない）の寸法を有し、これらの寸法とｘ′軸、ｙ′軸とｚ″軸との関係は実施例１で述べた通りである。また振動部２９の長さＬ０は幅Ｗ０より大きく、厚みＴ０は幅Ｗ０より小さくなるように設計される。具体的な関係については実施例１で述べたのと同じである。更に、上記実施例の幅縦水晶振動子の振動部、接続部と支持部とは一体に形成されている。
【００２６】
このように幅縦水晶振動子を形成することにより、すでに実施例２で述べたように、量産性に優れた安価な幅縦水晶振動子が得られる。同時に、衝撃に対して強い幅縦水晶振動子が実現できる。更に、マウント部に穴が設けられているので、幅縦モードの振動を抑圧することなく、圧電的に容易に引き起こすことができる。それ故、等価直列抵抗Ｒ１の小さい、Ｑ値の高い、しかも超小型の幅縦水晶振動子が得られる。
【００２７】
図５は上記第１実施例から第３実施例の幅縦水晶振動子の周波数温度特性の一例を示す線図である。前記した角度θｘと角度θｙの選択により任意の温度で一次温度係数αが零になり、２次曲線で表すことができる。例えば、曲線４４で示されるように、頂点温度Ｔｐを室温付近に設定することができる。又、曲線４５は頂点温度Ｔｐを０℃付近に設定した場合である。更に、頂点温度Ｔｐは任意に設定でき、曲線４６は頂点温度Ｔｐを負側に設定した場合である。上記実施例の角度θｘと角度θｙを有する幅縦水晶振動子では、頂点温度Ｔｐを約−２００℃から約＋６０℃と極めて広い温度範囲に設定することができる。頂点温度Ｔｐは用いられる機器等によって決定される。
【００２８】
このように本発明の幅縦水晶振動子は頂点温度を極めて広い温度範囲で任意に設定でき、且つ、周波数温度特性が２次曲線で近似できるので、広い温度範囲に亘って周波数変化の小さい、優れた周波数温度特性を有する振動子であることが理解される。
【００２９】
（第４実施例）
図６は本発明の第４実施例の幅縦水晶振動子の上面図（ａ）と下面図（ｂ）である。幅縦水晶振動子５０は振動部５１、接続部５２、５５、及びマウント部５４、５７をそれぞれ含む支持部５３、５６を具えて構成されている。更に、支持部５３と支持部５６にはそれぞれ穴５３ａと穴５６ａが設けられている。そして、振動部５１の上面と下面にはそれぞれ複数個の電極が配置されている。又、上面、及び下面の幅方向に隣接する電極は異極となるように構成されている。且つ、上面と下面に配置された対抗電極は異極となるように構成されている。本実施例では電極５８，５９，６０と電極６１，６２，６３が配置されている。本実施例の電極配置では３次オーバートーンの幅縦水晶振動子が得られる。
【００３０】
更に詳述するならば、電極５８とそれに隣接する電極５９は異極に、さらに、電極５８とそれに対抗する電極６３は異極となるように構成されている。電極５８とそれとは異極となる電極６３で一対の電極を構成している。全く同様に、電極５９とそれに隣接する電極５８、６０は異極に、更に、電極５９とそれに対抗する電極６２は異極となるように構成されている。電極５９とそれとは異極となる電極６２で一対の電極を構成している。更に電極６０とそれに隣接する電極５９は異極に、さらに、電極６０とそれに対抗する電極６１は異極となるように構成されている。電極６０とそれとは異極となる電極６１で一対の電極を構成している。又、上面の電極５８と電極６０は接続電極５８ａを介して接続されている。更に、下面の電極６１と電極６３は接続電極６１ａを介して接続されている。
【００３１】
更に、上面の同極となる電極５８、６０は一方の接続部５２を介してマウント部５４にまで延在して配置されている。又、電極５９は他方の接続部５５を介してマウント部５７にまで延在して配置されている。更に、下面の電極６２は一方の接続部５２を介してマウント部５４にまで延在して配置されている。又、下面の同極となる電極６１、６３は他方の接続部５５を介してマウント部５７にまで延在して配置されている。図６から明らかなように、一方の接続部と支持部の上下面には同極となる電極が振動部から延在して配置され、他方の接続部と支持部の上下面には同極となる電極が振動部から延在して配置されている。
【００３２】
それ故、一方の電極５８，６０、６２は同極に、他方の電極５９，６１、６３は同極となるように配置され、それらは互いに異極となる２電極端子構造を形成している。本実施例では三対の電極を構成している。本発明の電極構成は前記実施例に限定されるものでなく、対称モードを使用する場合にはｎ対（ｎ＝５，７，９・・・）と奇数対の電極構成をも包含するものである。又、非対称モードを使用する場合にはｍ対（ｍ＝２，４，６・・・）と偶数対の電極構成をも包含するものである。
【００３３】
次に、振動部の幅Ｗ０、長さＬ０、厚みＴ０と電極との関係について述べる。本実施例では、三対の電極を構成している。それ故、図５で説明した良好な周波数温度特性、及び電界Ｅｘを大きくし、等価直列抵抗Ｒ１の小さい幅縦水晶振動子を得るためには、厚みＴ０と幅Ｗ０との側係は３Ｔ０／Ｗ０が０．８５より小さくする必要がある。又、幅縦振動モードと長さ縦振動モードとの結合を無視できるほどに小さく、且つ、電極面積を大きくし、等価直列抵抗Ｒ１の小さい幅縦水晶振動子を得るためには、幅Ｗ０と長さＬ０との関係はＷ０／３Ｌ０が０．７より小さくする事が必要である。
【００３４】
本実施例では三対の電極構成の場合についで説明したが、ｎ対（ｎ＝５，７，９、・・・）と奇数対の電極構成ではｎ次オーバートーンの幅縦水晶振動子が得られる。この場合、前記した優れた特性を有する水晶振動子を得るには、厚みＴ０と幅Ｗ０との関係はｎＴ０／Ｗ０が０．８５より小さく、且つ、幅Ｗ０と長さＬ０との関係はＷ０／ｎＬ０が０．７より小さくする必要がある。又、ｍ対（ｍ＝２，４，６、・・・）と偶数対の電極では、厚みＴ０と幅Ｗ０との関係はｍＴ０／Ｗ０が０．８５より小さく、且つ、幅Ｗ０と長さＬ０との関係はＷ０／ｍＬ０が０．７より小さくすることが必要である。
【００３５】
このように、本発明の幅縦水晶振動子は、特に、振動部の電極の配置の仕方を工夫することにより、等価直列抵抗Ｒ１の小さい、周波数温度特性に優れた超小型の高次オーバートーンの幅縦水晶振動子を実現することができる。又、幅縦水晶振動子の周波数はオーバートーン次数に比例するので、高周波数化が可能になる。
【００３６】
なお、本実施例で詳細に述べた電極構成は図３と図４の振動子形状にも適用できるものである。
【００３７】
（第５実施例）
図７は本発明の第５実施例の幅縦水晶振動子の上面図である。幅縦水晶振動子６４は振動部６５、接続部６６、６７、６８、７１、７２、７３及び、マウント部７０、７５をそれぞれ含む支持部６９、７４を具えて構成されている。支持部６９には穴６９ａを、支持部７４には穴７４ａを具えている。本実施例では、振動部６５の長さ方向の両側にそれぞれ複数個の接続部６６、６７、６８と接続部７１、７２、７３が設けられている。更に、一方の接続部６６、６７、６８は支持部６９に接続され、他方の接続部７１、７２、７３は支持部７４に接続されている。前記振動子の振動部、接続部と支持部とは一体に形成されている。
【００３８】
又、幅縦水晶振動子の振動部は幅Ｗ０、長さＬ０、厚みＴ０（図示されていない）を有し、前記振動子に配置される電極は図示されていないが、実施例１から実施例４で述べられた電極の配置、及び構成が本振動子にも適用される。本実施例では、振動部の両側にそれぞれ３個の接続部を設けているが、さらに多くの接続部を設けてもよく、実際には、オーバートーン次数の数と同じだけ設けることができるが、実際にはより少ない接続部を設けることが好ましい。
【００３９】
このように、本発明の幅縦水晶振動子は接続部を振動部の両側にそれぞれ複数個設けているので、高い周波数の厚みの薄い振動子でも耐衝撃性に強い、等価直列抵抗Ｒ１の小さい、品質係数Ｑ値の高い幅縦水晶振動子が得られる。
【００４０】
（第６実施例）
図８は本発明の第６実施例の幅縦水晶振動子の形状を示す上図面である。一方の幅縦水晶振動子７６は、振動部９２、接続部７８、８１、及びマウント部８０、８３を含む支持部７９と支持部８２を具えて構成されている。又、他方の幅縦水晶振動子７７は、振動部９３、接続部８４、８７、及びマウント部８６、８９を含む支持部８５と支持部８８を具えて構成されている。更に、この実施例の幅縦水晶振動子は、２つの幅縦水晶振動子７６と幅縦水晶振動子７７の互いの一方のマウント部８０とマウント部８６とがフレーム９０を介して接続され、さらに、互いの他方のマウント部８３とマウント部８９とがフレーム９１を介して接続され、角度θにて、一体に形成したものである。又、角度θは通常θ＝０°〜３０°から仕様に応じて決められるものである。
【００４１】
即ち、２つの幅縦水晶振動子に角度θを持たせると、各水晶振動子には異なる周波数温度特性を持たせることができる。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、幅縦水晶振動子の周波数温度特性を改善することができる。同時に、等価直列抵抗Ｒ１も改善できる。例えば、２個の場合で同じ等価直列抵抗Ｒ１を有する時、合成されたＲ１は約半分になる。また、図９に、両幅縦水晶振動子１４４，１４５の電気的な接続図を示す。
【００４２】
図１０に図８で示されえた実施例の幅縦水晶振動子の周波数温度特性の一例を示す。一方の水晶振動子が温度特性１４６を、他方の水晶振動子が温度特性１４７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１４８のようになる。即ち、本実施例の幅縦水晶振動子は、曲線１４８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、本実施例の幅縦水晶振動子は、超小型で、しかも、周波数温度特性に優れた水晶振動子が実現できる。
【００４３】
図１１は本発明の水晶ユニットの側面図である。水晶ユニット１００は表面実装型のケース１０９と蓋１０１と幅縦水晶振動子１０２から構成されている。ケース１０９には固定部１０３，１０４が設けられていて、本実施例では、第１実施例の幅縦水晶振動子１０２が収納され、その振動子のマウント部が接着剤１０５，１０６等により固定部で固定されている。更に、ケース１０９の下面には電極１０７，１０８が設けられていて、振動子１０２の電極と接続されている。即ち、２電極端子構造を形成している。
【００４４】
本実施例では、固定部を２個設け両端部で接着材等により固定しているが、固定部は１個でも良く、片側固定でも良い。即ち、本発明の水晶ユニットには、第１実施例から第６実施例のいずれかの幅縦水晶振動子が収納されている。図示されていないが、特に、複数個の幅縦水晶振動子を収納する時には、振動子間の干渉を防止するための仕切り部が振動子の間に設けられている。２個以上の振動子がケース内に収納される場合には、それらの振動子は一体形成されていても良く、又は、個々に形成されていても良い。更に、複数個の振動子は電気的には並列になるように、接続、構成されている。
【００４５】
更に、上記実施例の幅縦水晶振動子は、振動部、接続部と支持部とを具えて構成されているように複雑な形状をしている。又、本発明の幅縦水晶振動子を化学的エッチング法によって加工した場合、その加工速度が極めて遅いのが実状である。それ故、本発明の幅縦水晶振動子の加工は、物理的、あるいは機械的な方法を用いて行われ、前記振動子は一体に形成される。即ち、質量を有する粒子を水晶板に物理的、あるいは機械的方法で衝突させ、それにより水晶板の原子、分子を飛散させて振動子の形状を加工するものである。ここではこの方法を粒子法と呼ぶことにする。この方法は化学的エッチング法による加工法とは異なる方法であると同時に、加工速度が極めて早いのが特長である。外形形状の加工時間が非常に短縮されるので安価な振動子を提供することができる。
【００４６】
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものではなく、例えば、上記第６実施例における幅縦圧電結晶振動子では、互いに特性が異なる二種類の水晶振動子を一体に結合して形成しているが、一体接合する幅縦水晶振動子の種類は三種類以上であっても良い。又、本発明の支持部の形状は第１実施例から第６実施例の形状に限定されるものでなく、本発明の支持部の形状は、接続部を介して振動部と接続されるいかなる形状をも包含するものである。
【００４７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の振動子形状と電極及びカット角とを有する幅縦水晶振動子を提供することにより、次の如き著しい効果が得られる。
（１）幅縦水晶振動子を駆動する圧電定数が非常に大きいので、電気機械変換効率が良くなる。その結果、等価直列抵抗Ｒ１の小さい、品質係数Ｑ値の高
い、しかも超小型の幅縦水晶振動子を得ることができる。
（２）振動部の対抗面に互いに異極となる電極が配置されることにより、電界が電極に対して垂直に働く。その結果、電気機械変換効率が良くなるので、 等価直列抵抗Ｒ１の小さい幅縦水晶振動子が得られる。同時に、品質係数Ｑ値が高くなる。
（３）振動部に複数対の電極が配置されているので、等価直列抵抗Ｒ１の小さい、高周波数の幅縦水晶振動子が実現できる。
（４）２個の幅縦水晶振動子を粒子法によって一体に形成でき、小型で周波数温度特性に優れた水晶振動子が実現できる。
（５）カット角の選択により頂点温度Ｔｐを変えることができる。と同時に、主振動が単一の振動モードで振動するので、頂点温度を変えずに周波数調整をすることができる。即ち、製造工程が簡単になるので、安価な幅縦水晶振動子を得ることができる。
（６）幅縦水晶振動子を粒子法によって形成できるので、量産性に優れ、１枚のウエハ上に多数個の振動子を一度にバッチ処理にて形成できるので、安価な水晶振動子が実現できる。
（７）本発明の幅縦水晶振動子は振動部、接続部及び支持部を具えて構成されるので、固定部や台座等への支持による振動エネルギー損失が小さくなり、耐衝撃性に優れた水晶振動子が得られる。
（８）複数個の幅縦水晶振動子を一体に形成し、更に、電気的に並列に接続されるので、等価直列抵抗Ｒ１が小さくなる。例えば、２個の場合で同じ等価直列抵抗Ｒ１を有する時、本発明の振動子では約半分の等価直列抵抗Ｒ１ になる。それ故、一体結合する振動子の個数を増やすことができ、これにより、更に等価直列抵抗Ｒ１を小さくすることができる。
（９）複数個の幅縦水晶振動子を一体に形成し、更に、電気的に並列に接続されるので、何らかの理由でそれら振動子のうちの１個が破損しても、振動子としての機能を維持することができる。
（１０）等価直列抵抗Ｒ１の小さい超小型の幅縦水晶振動子が搭載されるので、超小型の水晶ユニットが高品質で実現できる。
（１１）複数個の幅縦水晶振動子が、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の幅縦水晶振動子の形成に用いる水晶板のカット角とその座標系との関係である。
【図２】本発明の第１実施例の幅縦水晶振動子の上面図（ａ）と側面図（ｂ）である。
【図３】本発明の第２実施例の幅縦水晶振動子の上面図（ａ）と下面図（ｂ）である。
【図４】本発明の第３実施例の幅縦水晶振動子の上面図（ａ）と下面図（ｂ）である。
【図５】上記第１実施例から第３実施例の幅縦水晶振動子の周波数温度特性の一例を示す線図である。
【図６】本発明の第４実施例の幅縦水晶振動子の上面図（ａ）と下面図（ｂ）である。
【図７】本発明の第５実施例の幅縦水晶振動子の上面図である。
【図８】本発明の第６実施例の幅縦水晶振動子の形状を示す上面図である。
【図９】図８の幅縦水晶振動子の電気的な接続図である。
【図１０】図８で示された実施例の幅縦水晶振動子の周波数温度特性の一例を示す。
【図１１】本発明の水晶ユニットの側面図である。
【図１２】ＮＳ−ＧＴカット幅・長さ縦結合水晶振動子の上面図である。
【図１３】ＮＳ−ＧＴカット幅・長さ縦結合水晶振動子の側面図である。
【符号の説明】
ｘ 水晶の電気軸
ｙ 水晶の機械軸
ｚ 水晶の光軸
ｘ′ｘ軸の新軸
ｚ″ｚ軸の新軸
１ 水晶板
Ｗ０ 振動部の幅
Ｌ０ 振動部の長さ
Ｔ０ 振動部の厚み
θｘ，θｙ，θ 角度
２，１２，２８，５０，６４，７６，７７，１４４，１４５ 幅縦水晶振動子
３，１３，２９，５１，６５，９２，９３ 振動部
６，９，１４，２１，３０，３５，５２，５５，６６，６７，６８，７１，７２，７３，７８，８１，８４，８７ 接続部
８，１１，１６，２０，２３，３４，５４，５７，７０，７５，８０，８３，８６，８９ マウント部
７，１０，１５，２２，４１，４２，５３，５６，６９，７４，７９，８２，８５，８８ 支持部
４，５，２４，２５，２６，２７，３７，３８，３９，４０，５８，５９，６０，６１，６２，６３ 電極
５８ａ，６１ａ 接続電極
ｅ１２ 圧電定数
Ｒ１ 等価直列抵抗
Ｑ 品質係数
Ｅｘ 電界
１７，１８，１９，３１，３２，３３，３６ 支持フレーム
９０，９１ フレーム
７ａ，１０ａ，１５ａ，２２ａ，４３，５３ａ，５６ａ，６９ａ，７４ａ 穴
４４，４５，４６ 曲線
Ｔｐ 頂点温度
１４６，１４７ 幅縦水晶振動子の周波数温度特性
１４８ 補正された周波数温度特性[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a widthwise vertical crystal resonator having high electromechanical conversion efficiency and a main vibration vibrating in a single vibration mode, and a crystal unit containing the same. Further, the present invention relates to a cut angle, an electrode configuration, and a shape of the width vertical crystal resonator. In particular, a new cut and new electrode configuration that is optimal as a reference signal source for portable equipment, information communication equipment, measuring equipment, and consumer equipment that require strong demands for miniaturization, high precision, impact resistance, low cost, etc. The present invention relates to a width vertical crystal resonator and a crystal unit including the same.
[0002]
[Prior art]
As a conventional technique, an NS-GT cut width / length longitudinally coupled crystal resonator in which a width longitudinal vibration mode and a length longitudinal vibration mode using quartz are combined is well known. FIG. 12 shows a plan view of this conventional example. In FIG. 12, the crystal unit 200 includes a vibrating unit 201, connecting units 203 and 206, and supporting units 204 and 207. The support portions 204 and 207 include mount portions 205 and 208, respectively. Further, as shown in FIGS. 12 and 13, electrodes 202 and 211 are arranged on the upper and lower surfaces of the vibrating section 201, and the electrodes 202 of the vibrating section extend to the mount section 205 via the connection section 203. are doing. On the other hand, the electrode 211 of the vibrating section also extends to the mount section 208 via the connection section 206. The electrode 202 and the electrode 211 are configured to have different polarities, and form a two-electrode terminal. Then, the vibrator is fixed to the lead wire or the pedestal by the mounting portions 205 and 208 with an adhesive or the like. Now, when an alternating voltage is applied between the electrodes 202 and 211, as shown by a solid line and a dotted line in FIG.tWork alternately in the thickness T direction. As a result, the width-longitudinal vibration mode whose frequency is roughly determined by the width W and the length-longitudinal vibration mode whose frequency is roughly determined by the length L are simultaneously excited, and the NS-GT cut width, A length longitudinally coupled crystal resonator is obtained. Further, the quartz oscillator is integrally formed by a chemical etching method.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the NS-GT cut width / length longitudinally coupled quartz resonator, the larger the area of the vibrating part (lower frequency), the equivalent series resistance R1And the quality factor Q value increases. However, the NS-GT cut width / length longitudinally coupled crystal resonator in which the two vibration modes are coupled has their frequencies inversely proportional to the width W and the length L, respectively, and the frequency temperature characteristic has the width W and the length. Is determined by the ratio of L, the so-called side ratio W / L. Further, the side ratio W / L ≒ 0.95 at which the frequency temperature characteristic becomes favorable is obtained. The area becomes smaller. Therefore, the electromechanical conversion efficiency decreases, and as a result, the equivalent series resistance R1And the quality factor Q value decreases. For this reason, an ultra-small, equivalent series resistance R1Therefore, there has been a demand for a crystal resonator having an electrode configuration with high efficiency and high electromechanical conversion efficiency, and a crystal unit containing the crystal resonator, which has a small size and a high quality factor Q value.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a width-vertical crystal resonator which advantageously solves the conventional problem by the following method, and a crystal unit including the same.
[0005]
That is, a first aspect of the widthwise vertical crystal resonator of the present invention is configured to include a vibrating portion, a connecting portion, and a supporting portion, wherein the width of the vibrating portion is smaller than the length and larger than the thickness. In the vertical crystal unit, the crystal unit converts an X-plate crystal perpendicular to the electric axis x-axis into an angle θ with the x-axis as a rotation axis.x= −20 ° to + 20 °, and the angle θ with the new axis y ′ axis after rotation of the mechanical axis y axis as the rotation axis.y= At least one pair of different polarities is formed on the upper and lower surfaces of the vibrating part which is formed from a quartz plate rotated from -10 ° to + 10 ° and is perpendicular to the x 'axis which is a new axis after rotation of the x axis. The electrodes are arranged to face each other, and the vibrating part, the connecting part, and the supporting part of the crystal unit have a shape integrally formed by a particle method, and further, the resonance frequency is inversely proportional to the width dimension, This is a horizontal effect type vertical crystal resonator in which the main vibration oscillates in a single vibration mode.
[0006]
A second aspect of the widthwise vertical crystal resonator of the present invention comprises a vibrating portion, a connecting portion and a support portion, wherein the widthwise dimension of the vibrating portion is smaller than the length and larger than the thickness. In the vibrator, the crystal vibrator is formed by rotating an X-plate crystal perpendicular to the electric axis x-axis by a mechanical axis y-axis as a rotation axis θ.y= −10 ° to + 10 °, and an angle θ using the new axis x ′ axis after rotation of the electric axis x axis as the rotation axis.xAt least one pair of different polarities is formed on the upper and lower surfaces of the vibrating part which is formed from a quartz plate rotated from −20 ° to + 20 ° and is perpendicular to the x ′ axis which is a new axis after rotation of the x axis. The electrodes are arranged to face each other, and the vibrating part, the connecting part, and the supporting part of the crystal unit have a shape integrally formed by a particle method, and further, the resonance frequency is inversely proportional to the width dimension, This is a horizontal effect type vertical crystal resonator in which the main vibration oscillates in a single vibration mode.
[0007]
A third aspect of the widthwise vertical crystal resonator according to the present invention is configured to include a vibrating portion, a connection portion, and a support portion, wherein the resonance frequency is inversely proportional to the width dimension, and vibrates in a single vibration mode. Electrodes are arranged on the upper and lower surfaces of the vibrating section, and the vibrator has a piezoelectric constant e12Has an absolute value of 0.123 to 0.18 C / m2Is a width vertical crystal resonator formed from a crystal plate having
[0008]
A first aspect of a crystal unit according to the present invention is a crystal unit including a crystal unit, a surface-mounted case that houses the crystal unit, and a lid.
A crystal unit including the width vertical crystal resonator according to the first mode, the second mode, or the third mode as the crystal resonator in the case.
[0009]
[Action]
As described above, the present invention is a width-vertical crystal resonator and a crystal unit including the same, and furthermore, the resonator is formed from a crystal plate having high electromechanical conversion efficiency, and the electrodes are arranged to provide an electric device. An ultra-small width vertical crystal resonator excellent in various characteristics and frequency temperature characteristics and a crystal unit including the same can be obtained.
[0010]
[Embodiment of the present invention]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 shows the relationship between the cut angle of the quartz plate 1 of the present invention and its coordinate system. The coordinate system includes an origin O, an electric axis x, a mechanical axis y, and an optical axis z, and forms O-xyz. First, consider a quartz plate perpendicular to the x-axis, so-called X-plate quartz. At this time, the width W which is each dimension of the X-plate quartz0, Length L0, And thickness T0Correspond to the y-axis, z-axis, and x-axis directions, respectively.
[0011]
Next, this X-plate crystal is set at an angle θ around the x-axis.x= −20 ° to + 20 °, and an angle θ around a new axis y ′ of the y axisy= Rotated from -10 ° to + 10 °. At this time, the new axis of the x-axis is rotated about the x'-axis and the z-axis is rotated about the two axes, thus forming a new axis z ″. In the present embodiment, the X-plate quartz is first set at an angle θ around the x-axis.x= −20 ° to + 20 °, and then rotate the angle θ about the y ′ axis.y= −10 ° to + 10 °, but first, the angle θ around the machine axis y axisy= −10 ° to + 10 °, and then the angle θ around the new axis x ′ of the electric axis xx= -20 ° to + 20 °. Further, in the present embodiment, the cut angle of the quartz plate on which the width-vertical crystal resonator is formed has been described, but the cut angle of the resonator of the present invention is not limited to this, and the formed width-vertical crystal is not limited thereto. The vibrator may be any vibrator having the above-mentioned angle, and the present invention includes those vibrators. For example, the in-plane rotation is performed by using a mask or the like used for forming the vibrator without performing the in-plane rotation of the quartz plate.
[0012]
FIG. 2 is a top view (a) and a side view (b) of the widthwise vertical crystal resonator according to the first embodiment of the present invention. The widthwise vertical crystal resonator 2 includes a vibrating portion 3, connecting portions 6 and 9, and supporting portions 7 and 10 including mount portions 8 and 11, respectively. Further, the support portion 7 and the support portion 10 are provided with a hole 7a and a hole 10a, respectively. Electrodes 4 and 5 are disposed on the upper and lower surfaces of the vibrating section 3 so as to oppose each other, and these electrodes are configured to have different polarities. That is, a pair of electrodes is arranged. Further, the electrode 4 is arranged so as to extend to the mount section 11 via one connection section 9. Further, the electrode 5 is arranged so as to extend to the mount section 8 via the other connection section 6. In the present embodiment, the electrode 4 and the electrode 5 arranged in the vibrating section 3 extend in different directions from each other and are arranged up to the mount section. The same properties are obtained. In the vibrator of this embodiment, the mount portions 8 and 11 are fixed to a pedestal or the like with an adhesive or solder.
[0013]
Further, the vibration part 3 has a width W0, Length L0, And thickness T0And has a width W0, Length L0, And thickness T0Respectively correspond to the directions of the y'-axis, the z "-axis, and the x'-axis. That is, the electrodes 4 and 5 are arranged on the upper and lower surfaces of the vibrating portion 3 which is a plane perpendicular to the x'-axis. Further, the electrode 5 opposing the electrode 4 is configured to have a different polarity, and further, the length L of the vibrating portion 3.0Is width W0Larger, thickness T0Is width W0Designed to be smaller. That is, the coupling between the width longitudinal vibration mode and the length longitudinal vibration mode is so small as to be negligible, and the electrode area of the vibrating part is increased, so that the equivalent series resistance R1In order to obtain a vertical quartz crystal with a small width, the width W0And length L0Ratio W0/ L0Is smaller than 0.7 and the electric field Ex is increased so that the equivalent series resistance R1In order to obtain a vertical quartz crystal resonator having a small width, the thickness T0And width W0Ratio T with0/ W0Needs to be smaller than 0.85. The actual determination of these dimensions depends on the characteristics required for the width vertical quartz crystal resonator.
[0014]
More specifically, the resonance frequency of the width-vertical quartz-crystal resonator has a width dimension W0And is almost independent of other dimensions (length, thickness, connections and supports). Therefore, the width W0 By reducing the size, it is possible to reduce the size and increase the frequency. In addition,From the relation, a width vertical quartz crystal vibrating in the single vibration mode is obtained.
[0015]
Next, the piezoelectric constant e required for driving the widthwise vertical crystal resonator of this embodiment is shown.12Will be described. This piezoelectric constant e12It is shown that the larger the value of is, the higher the electromechanical conversion efficiency is. Angle θx= -20 ° to + 20 °, θy= Piezoelectric constant e when -10 ° to + 10 °12Is 0.123 to 0.18 C / m2Having. This value is the piezoelectric constant e for driving the conventional NS-GT cut quartz crystal unit.21Absolute value of 0.1 C / m2It becomes significantly larger.
[0016]
That is, since the widthwise vertical crystal resonator of this embodiment has high electromechanical conversion efficiency, the equivalent series resistance R1, A high quality factor Q value, and an ultra-small width vertical crystal resonator can be obtained.
[0017]
Now, when an alternating voltage is applied between the electrode 4 and the electrode 5 in FIG.xAct alternately in the thickness direction as indicated by the solid and dotted arrows in FIG. As a result, the vibrating part 3 vibrates to expand and contract in the width direction.
[0018]
(Second embodiment)
FIG. 3 is a top view (a) and a bottom view (b) of a widthwise vertical crystal unit 12 according to a second embodiment of the present invention. The widthwise vertical crystal unit 12 includes a vibration unit 13, connection units 14 and 21, a support unit 15 including a mount unit 16 and support frames 17, 18 and 19 connected thereto, a mount unit 23, and a mount unit 20 connected thereto. The supporting portion 22 includes the supporting portion 22. Further, both ends of the support frame 17 are connected to one ends of the support frames 18 and 19, and the other ends of the support frames 18 and 19 are connected to the mount 20. The support 15 has a hole 15a, and the support 22 has a hole 22a.
[0019]
On the upper and lower surfaces of the vibrating part 13, electrodes 24 and electrodes 26 having opposite polarities are arranged. Further, the electrode 24 is disposed so as to extend to the mount portion 20 via the one connection portion 21, and the electrode 25 serving as one electrode terminal is formed on the mount portion 20. Further, the electrode 26 is arranged so as to extend to the mount portion 20 via the other connecting portion 14 and the support frames 17 and 19, and the electrode 27 serving as the other electrode terminal is formed on the mount portion 20. That is, a two-electrode terminal is formed. In the present embodiment, only the electrodes of the vibrating section are arranged so as to oppose each other. However, electrodes in other parts may be arranged to oppose each other, and the equivalent series resistance R1The effect on is negligible.
[0020]
Further, the vibration portion 13 has a width W0, Length L0And thickness T0(Not shown) and width W0, Length L0And thickness T0Respectively correspond to the directions of the y'-axis, the z "-axis and the x'-axis. That is, the electrodes 24 and 26 are arranged on the upper and lower surfaces of the vibrating section 13 which are perpendicular to the x'-axis. The electrode 24 and the electrode 26 are configured to have different polarities, and the length L of the vibrating portion 13 is also set.0Is width W0Larger, thickness T0 Is width W0Designed to be smaller. The specific relationship is described in Example 1.As mentioned.
[0021]
By forming the width-vertical crystal resonator in this way, the strength of the resonator can be further increased. As a result, since one end of the vibrator can be fixed to the pedestal or the lead wire with an adhesive or solder, workability in mass production is excellent and man-hours can be reduced. That is, an inexpensive width-vertical crystal resonator can be obtained. At the same time, it is possible to realize a vertical quartz crystal unit that is strong against impact. Further, since the holes are provided in the support portion, the widthwise mode can be easily induced piezoelectrically. Therefore, the equivalent series resistance R1, A very small vertical quartz crystal unit having a high Q value can be obtained.
[0022]
In this embodiment, the electrodes having different polarities are arranged on the upper surface of the mount portion 20 with the electrode 25 and the electrode 27 on the lower surface. However, the electrodes having different polarities are arranged on the same plane of the mount portion 20. Alternatively, an inexpensive vibrator can be obtained. In this method, one electrode is connected to the same plane electrode having the same polarity via the side surface of the support frame or the side surface of the mount portion. Further, in the present embodiment, two support frames are provided in parallel with the vibrating portion, but even one has sufficient mechanical strength, so that only one is sufficient and sufficient characteristics can be obtained.
[0023]
(Third embodiment)
FIG. 4 is a top view (a) and a bottom view (b) of a widthwise vertical crystal unit 28 according to a third embodiment of the present invention. The width vertical crystal resonator 28 includes a vibrating part 29, connecting parts 30 and 35, and a supporting part 41 including supporting frames 31, 32 and 33, and a supporting part 42 including a supporting frame 36 and a mounting part 34. I have. Further, the vibration section 29 is connected to the support frame 31 via one connection section 30, and both ends of the support frame are connected to support frames 32 and 33. Further, the vibration section 29 is connected to the support frame 36 via the other connection section 35, and both ends of the vibration section 29 are connected to the support frames 32 and 33. Further, a hole 43 is provided in the mount portion 34. By providing this hole 43, the widthwise longitudinal vibration can be easily caused without suppressing.
[0024]
Further, electrodes 37 and 39 that oppose each other with different polarities are arranged on the upper surface and the lower surface of the vibrating portion 29. The electrode 37 is arranged so as to extend to the mount part 34 via the one connection part 35, and the electrode 38 serving as one electrode terminal is formed on the mount part 34. The electrode 39 is arranged so as to extend to the mount part 34 via the other connection part 30 and the support frames 31 and 33, and the electrode 40 serving as the other electrode terminal is formed on the mount part 34. That is, a two-electrode terminal is formed. As an electrode arrangement method other than the present embodiment, the method described in the second embodiment is also included in the present embodiment. At the same time, the support frame is also included.
[0025]
Further, the vibration portion 29 has a width W0, Length L0And thickness T0(Not shown), and the relationship between these dimensions and the x'-axis, the y'-axis, and the z "-axis is as described in the first embodiment.0Is width W0Larger, thickness T0Is width W0Designed to be smaller. The specific relationship is the same as described in the first embodiment. Further, the vibrating portion, the connecting portion, and the supporting portion of the widthwise vertical quartz crystal resonator of the above embodiment are formed integrally.
[0026]
By forming the width-vertical crystal resonator in this way, as described in the second embodiment, an inexpensive width-vertical crystal resonator having excellent mass productivity can be obtained. At the same time, it is possible to realize a vertical quartz crystal unit that is strong against impact. Further, since the hole is provided in the mount portion, the vibration in the longitudinal mode can be easily generated piezoelectrically without suppressing the vibration. Therefore, the equivalent series resistance R1, A high Q value, and an ultra-small width vertical crystal resonator can be obtained.
[0027]
FIG. 5 is a diagram showing an example of the frequency-temperature characteristics of the width-vertical quartz-crystal resonators of the first to third embodiments. The angle θ described abovexAnd angle θyBy selecting, the primary temperature coefficient α becomes zero at an arbitrary temperature and can be represented by a quadratic curve. For example, as shown by curve 44, the peak temperature TpCan be set near room temperature. Curve 45 indicates the peak temperature TpIs set to around 0 ° C. Further, the peak temperature TpCan be set arbitrarily, and the curve 46 shows the peak temperature TpIs set to the negative side. Angle θ in the above embodimentxAnd angle θyIn the width vertical crystal resonator havingpCan be set in an extremely wide temperature range from about -200 ° C to about + 60 ° C. Peak temperature TpIs determined by the equipment used.
[0028]
As described above, the width-vertical crystal resonator of the present invention can arbitrarily set the apex temperature in an extremely wide temperature range and can approximate the frequency temperature characteristic by a quadratic curve, so that the frequency change is small over a wide temperature range. It is understood that the vibrator has excellent frequency-temperature characteristics.
[0029]
(Fourth embodiment)
FIG. 6 is a top view (a) and a bottom view (b) of a widthwise vertical crystal resonator according to a fourth embodiment of the present invention. The width vertical crystal resonator 50 is configured to include vibrating parts 51, connecting parts 52 and 55, and supporting parts 53 and 56 including mounting parts 54 and 57, respectively. Further, the support portion 53 and the support portion 56 are provided with a hole 53a and a hole 56a, respectively. A plurality of electrodes are arranged on the upper surface and the lower surface of the vibrating portion 51, respectively. The electrodes adjacent to each other in the width direction of the upper surface and the lower surface are configured to have different polarities. The counter electrodes arranged on the upper surface and the lower surface are configured to have different polarities. In this embodiment, electrodes 58, 59, 60 and electrodes 61, 62, 63 are arranged. In the electrode arrangement of the present embodiment, a cubic overtone width vertical crystal resonator can be obtained.
[0030]
More specifically, the electrode 58 and the electrode 59 adjacent thereto are configured to have different polarities, and the electrode 58 and the electrode 63 opposed thereto are configured to have different polarities. The electrode 58 and the electrode 63 having a different polarity form a pair of electrodes. Similarly, the electrode 59 and the electrodes 58 and 60 adjacent to the electrode 59 are configured to have different polarities, and the electrode 59 and the electrode 62 opposed thereto are configured to have different polarities. The electrode 59 and the electrode 62 having a different polarity form a pair of electrodes. Further, the electrode 60 and the electrode 59 adjacent thereto are configured to have different polarities, and the electrode 60 and the electrode 61 opposed thereto are configured to have different polarities. The electrode 60 and the electrode 61 having a different polarity form a pair of electrodes. The upper electrode 58 and the electrode 60 are connected via a connection electrode 58a. Further, the lower electrode 61 and the electrode 63 are connected via a connection electrode 61a.
[0031]
Further, the electrodes 58 and 60 having the same polarity on the upper surface are arranged so as to extend to the mount portion 54 via one connection portion 52. Further, the electrode 59 is arranged so as to extend to the mount portion 57 via the other connection portion 55. Further, the electrode 62 on the lower surface is arranged so as to extend to the mount part 54 via one connection part 52. The electrodes 61 and 63 having the same polarity on the lower surface are arranged to extend to the mount 57 via the other connecting portion 55. As is apparent from FIG. 6, electrodes having the same polarity are arranged on the upper and lower surfaces of one of the connecting portions and the supporting portion, and are extended from the vibrating portion. Are disposed extending from the vibrating section.
[0032]
Therefore, one of the electrodes 58, 60, 62 has the same polarity and the other electrodes 59, 61, 63 have the same polarity, and they form a two-electrode terminal structure having different polarities from each other. . In this embodiment, three pairs of electrodes are formed. The electrode configuration of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes n-pair (n = 5, 7, 9,...) And odd-numbered electrode configurations when a symmetric mode is used. It is. When the asymmetric mode is used, the configuration includes an m-pair (m = 2, 4, 6,...) And an even-pair electrode configuration.
[0033]
Next, the width W of the vibrating portion0, Length L0, Thickness T0The relationship between and the electrodes will be described. In this embodiment, three pairs of electrodes are formed. Therefore, the excellent frequency-temperature characteristics and the electric field E described in FIG.xAnd the equivalent series resistance R1In order to obtain a vertical quartz crystal resonator having a small width, the thickness T0And width W0With 3T0/ W0Must be smaller than 0.85. Further, the coupling between the width longitudinal vibration mode and the length longitudinal vibration mode is so small as to be negligible, the electrode area is increased, and the equivalent series resistance R1In order to obtain a vertical quartz crystal with a small width, the width W0And length L0The relationship is W0/ 3L0Needs to be smaller than 0.7.
[0034]
In the present embodiment, a description has been given of the case of a three-pair electrode configuration. However, in an n-pair (n = 5, 7, 9,...) And odd-pair electrode configuration, an n-th overtone width vertical crystal resonator is used. can get. In this case, in order to obtain a quartz oscillator having the above-mentioned excellent characteristics, the thickness T0And width W0Is nT0/ W0Is smaller than 0.85 and the width W0And length L0The relationship is W0/ NL0Must be smaller than 0.7. Further, in the case of m pairs (m = 2, 4, 6,...) And even pairs of electrodes, the thickness T0And width W0Is related to mT0/ W0Is smaller than 0.85 and the width W0And length L0The relationship is W0/ ML0Needs to be smaller than 0.7.
[0035]
As described above, the widthwise crystal unit according to the present invention is particularly advantageous in that the equivalent series resistance R1It is possible to realize an ultra-small high-order overtone width vertical crystal resonator excellent in frequency temperature characteristics and having a small size. Further, since the frequency of the width vertical crystal resonator is proportional to the overtone order, it is possible to increase the frequency.
[0036]
The electrode configuration described in detail in the present embodiment can be applied to the vibrator shapes shown in FIGS.
[0037]
(Fifth embodiment)
FIG. 7 is a top view of a widthwise vertical crystal unit according to a fifth embodiment of the present invention. The widthwise vertical crystal resonator 64 includes a vibrating part 65, connecting parts 66, 67, 68, 71, 72, 73, and supporting parts 69, 74 including mounting parts 70, 75, respectively. The support 69 has a hole 69a, and the support 74 has a hole 74a. In this embodiment, a plurality of connecting portions 66, 67, 68 and connecting portions 71, 72, 73 are provided on both sides of the vibrating portion 65 in the length direction. Further, one of the connecting portions 66, 67, 68 is connected to the supporting portion 69, and the other connecting portions 71, 72, 73 are connected to the supporting portion 74. The vibrating part, the connecting part and the supporting part of the vibrator are formed integrally.
[0038]
Also, the vibrating part of the width vertical crystal resonator has a width W.0, Length L0, Thickness T0(Not shown), and the electrodes arranged on the vibrator are not shown, but the arrangement and configuration of the electrodes described in the first to fourth embodiments are also applied to the present vibrator. You. In the present embodiment, three connecting portions are provided on both sides of the vibrating portion, however, more connecting portions may be provided, and actually, as many as the number of overtone orders can be provided. In practice, it is preferable to provide fewer connections.
[0039]
As described above, since the width vertical crystal resonator according to the present invention has a plurality of connecting portions on both sides of the vibrating portion, the equivalent series resistance R, which has high shock resistance even with a high-frequency thin resonator, is strong.1, And a vertical quartz crystal unit having a high quality factor Q value can be obtained.
[0040]
(Sixth embodiment)
FIG. 8 is an upper drawing showing the shape of a widthwise vertical crystal resonator according to a sixth embodiment of the present invention. One width vertical crystal resonator 76 includes a vibrating section 92, connecting sections 78 and 81, and supporting sections 79 and 82 including mounting sections 80 and 83. The other widthwise vertical crystal unit 77 includes a vibrating part 93, connecting parts 84 and 87, and supporting parts 85 and 88 including mounting parts 86 and 89. Further, in the widthwise crystal unit of this embodiment, one of the two mounting units 80 and 86 of the widthwise crystal unit 76 and the widthwise crystal unit 77 are connected via a frame 90, Further, the other mounting portion 83 and the mounting portion 89 are connected via a frame 91, and are integrally formed at an angle θ. The angle θ is usually determined according to the specification from θ = 0 ° to 30 °.
[0041]
That is, when the two vertical quartz crystal units have an angle θ, each crystal unit can have different frequency-temperature characteristics. Further, by electrically connecting these crystal units in parallel, the frequency-temperature characteristics of the widthwise vertical crystal unit can be improved. At the same time, the equivalent series resistance R1Can also be improved. For example, in the case of two, the same equivalent series resistance R1Has the synthesized R1Is about half. FIG. 9 shows an electrical connection diagram of the double-width vertical crystal units 144 and 145.
[0042]
FIG. 10 shows an example of the frequency-temperature characteristics of the widthwise vertical crystal resonator of the embodiment shown in FIG. When one crystal unit has a temperature characteristic 146 and the other crystal unit has a temperature characteristic 147, the frequency-temperature characteristics of the two crystal units are as shown by a curve 148 when they are electrically connected in parallel. That is, the width-vertical quartz-crystal resonator of this embodiment has frequency-temperature characteristics as shown by a curve 148, whereby a quartz-crystal resonator having a stable characteristic with a small frequency change with respect to a temperature change can be obtained. it can. As a result, the width-vertical crystal resonator of the present embodiment can realize a crystal resonator that is ultra-small and has excellent frequency-temperature characteristics.
[0043]
FIG. 11 is a side view of the crystal unit of the present invention. The crystal unit 100 includes a surface-mounted case 109, a lid 101, and a width vertical crystal unit 102. The case 109 is provided with fixing portions 103 and 104. In the present embodiment, the widthwise vertical crystal oscillator 102 of the first embodiment is housed, and the mount portion of the oscillator is fixed with adhesives 105 and 106 and the like. The part is fixed. Further, electrodes 107 and 108 are provided on the lower surface of the case 109 and are connected to the electrodes of the vibrator 102. That is, a two-electrode terminal structure is formed.
[0044]
In this embodiment, two fixing portions are provided and fixed at both ends by an adhesive or the like. However, the number of fixing portions may be one, or one side may be fixed. That is, the crystal unit of the present invention accommodates any one of the width-vertical crystal oscillators of the first to sixth embodiments. Although not shown, a partition portion for preventing interference between the vibrators is provided between the vibrators, especially when a plurality of width vertical quartz vibrators are housed. When two or more vibrators are housed in the case, the vibrators may be formed integrally or may be formed individually. Further, the plurality of transducers are connected and configured so as to be electrically parallel.
[0045]
Further, the widthwise vertical crystal resonator of the above-described embodiment has a complicated shape as constituted by including a vibrating part, a connecting part and a supporting part. In addition, when the widthwise vertical quartz crystal resonator of the present invention is processed by a chemical etching method, the processing speed is extremely low in reality. Therefore, the processing of the widthwise vertical crystal resonator of the present invention is performed using a physical or mechanical method, and the resonator is integrally formed. That is, particles having mass are made to collide with a quartz plate by a physical or mechanical method, whereby atoms and molecules of the quartz plate are scattered to process the shape of the vibrator. Here, this method is called a particle method. This method is different from the processing method by the chemical etching method, and at the same time, is characterized by an extremely high processing speed. Since the processing time of the outer shape is greatly reduced, an inexpensive vibrator can be provided.
[0046]
As described above, the present invention has been described based on the illustrated examples. However, the present invention is not limited to the above-described example. For example, in the widthwise vertical piezoelectric crystal vibrator in the sixth embodiment, two types of crystal vibrators having different characteristics from each other are provided. Are formed integrally with each other, but three or more kinds of width-vertical quartz oscillators to be integrally joined may be used. Further, the shape of the support portion of the present invention is not limited to the shapes of the first to sixth embodiments, and the shape of the support portion of the present invention may be any shape connected to the vibrating portion via the connection portion. It also includes shapes.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, the following remarkable effects can be obtained by providing the widthwise vertical crystal resonator having the resonator shape, the electrodes, and the cut angles according to the present invention.
(1) Since the piezoelectric constant for driving the width vertical crystal resonator is very large, the electromechanical conversion efficiency is improved. As a result, the equivalent series resistance R1Small, high quality factor Q value
In addition, it is possible to obtain an ultra-small width vertical crystal resonator.
(2) Since the electrodes having different polarities are arranged on the opposing surface of the vibrating portion, the electric field works perpendicular to the electrodes. As a result, the electromechanical conversion efficiency is improved.1A vertical crystal resonator having a small width can be obtained. At the same time, the quality factor Q value increases.
(3) Since a plurality of pairs of electrodes are arranged in the vibrating portion, the equivalent series resistance R1, A high-frequency width vertical crystal resonator having a small width can be realized.
(4) Two widthwise vertical crystal units can be integrally formed by a particle method, and a small crystal unit with excellent frequency temperature characteristics can be realized.
(5) Apex temperature T by selection of cut anglepCan be changed. At the same time, since the main vibration oscillates in a single vibration mode, the frequency can be adjusted without changing the peak temperature. That is, since the manufacturing process is simplified, an inexpensive width-vertical crystal resonator can be obtained.
(6) Since the width vertical crystal resonator can be formed by the particle method, it is excellent in mass productivity, and a large number of resonators can be formed on one wafer by batch processing at a time, thereby realizing an inexpensive crystal resonator. it can.
(7) Since the widthwise vertical crystal resonator of the present invention includes the vibration part, the connection part, and the support part, the vibration energy loss due to the support on the fixed part, the pedestal, and the like is small, and the shock resistance is excellent. A crystal oscillator is obtained.
(8) Since a plurality of widthwise vertical crystal units are formed integrally and are further electrically connected in parallel, the equivalent series resistance R1Becomes smaller. For example, in the case of two, the same equivalent series resistance R1, About half the equivalent series resistance R1 become. Therefore, it is possible to increase the number of transducers to be integrally coupled,And the equivalent series resistance R1Can be reduced.
(9) Since a plurality of width vertical crystal units are integrally formed and further electrically connected in parallel, even if one of the units is damaged for any reason, the unit may be used as a unit. Function can be maintained.
(10) Equivalent series resistance R1Since an ultra-small vertical crystal unit with a small width is mounted, an ultra-small crystal unit can be realized with high quality.
(11) Since a plurality of width vertical crystal units are housed in the same unit case instead of being housed in separate unit cases, an inexpensive crystal unit can be realized. At the same time, by connecting these vibrators electrically in parallel, a crystal unit having excellent frequency temperature characteristics can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a relationship between a cut angle of a quartz plate used for forming a widthwise vertical quartz crystal resonator of the present invention and a coordinate system thereof.
FIGS. 2A and 2B are a top view and a side view, respectively, of a widthwise vertical crystal resonator according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a top view (a) and a bottom view (b) of a widthwise vertical crystal resonator according to a second embodiment of the present invention.
FIGS. 4A and 4B are a top view (a) and a bottom view (b) of a width vertical quartz crystal resonator according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an example of frequency temperature characteristics of the widthwise vertical quartz-crystal vibrating devices of the first to third embodiments.
FIG. 6 is a top view (a) and a bottom view (b) of a width vertical crystal resonator according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a top view of a widthwise vertical crystal unit according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a top view showing the shape of a widthwise vertical crystal resonator according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an electrical connection diagram of the width vertical crystal resonator of FIG. 8;
FIG. 10 shows an example of a frequency-temperature characteristic of the widthwise vertical crystal resonator of the embodiment shown in FIG.
FIG. 11 is a side view of the crystal unit of the present invention.
FIG. 12 is a top view of an NS-GT cut width / length longitudinally coupled crystal resonator.
FIG. 13 is a side view of an NS-GT cut width / length longitudinally coupled crystal resonator.
[Explanation of symbols]
x crystal electric axis
y crystal mechanical axis
Optical axis of z quartz
x'x axis new axis
z "New axis of z axis
1 quartz plate
W0幅 Vibration part width
L0Length of vibrating part
T0厚 み Thickness of vibrating part
θx, θy, θ angle
2,12,28,50,64,76,77,144,145mm width vertical crystal resonator
3,13,29,51,65,92,93 vibrating part
6, 9, 14, 21, 30, 35, 52, 55, 66, 67, 68, 71, 72, 73, 78, 81, 84, 87
8, 11, 16, 20, 23, 34, 54, 57, 70, 75, 80, 83, 86, 89 Mount section
7, 10, 15, 22, 41, 42, 53, 56, 69, 74, 79, 82, 85, 88
4,5,24,25,26,27,37,38,39,40,58,59,60,61,62,63 electrode
58a, 61a connection electrode
e12Piezoelectric constant
R1Equivalent series resistance
Q quality factor
ExElectric field
17, 18, 19, 31, 32, 33, 36 mm support frame
90, 91 frame
7a, 10a, 15a, 22a, 43, 53a, 56a, 69a, 74a hole
44, 45, 46 ° curve
TpApex temperature
Frequency-temperature characteristics of 146,147１４ width vertical quartz crystal unit
148 ° corrected frequency-temperature characteristics
