JP2004159047A - 音叉型水晶振動子及び棒状振動子 - Google Patents

Abstract

【目的】振動特性を良好に維持して小型化を促進する音叉型水晶振動子及び棒状振動子を提供する。
【構成】一対の音叉腕が音叉基部から延出してなる結晶軸（ＸＹＺ）を有する音叉型水晶振動子において、前記Ｘ軸を厚み、Ｙ軸を長さ、Ｚ軸を幅方向として、前記一対の音叉腕のそれぞれはＸ軸方向の±極性を逆向きとした第１と第２の水晶片を幅方向に例えばシロキサン結合とした直接接合され、前記Ｙ軸とＺ軸のなす両前記音叉腕の両主面に励振電極を設けた構成とする。また、棒状振動子にも適用される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は音叉型水晶振動子（以下、音叉型振動子とする）及び棒状振動子を産業上の技術分野とし、特に振動特性に優れて小型化に適した音叉型振動子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（発明の背景）音叉型振動子は時間の基準源として腕時計等に広く使用されている。近年では、携帯電話等にも採用され、ますますの小型化が要求される。
【０００３】
（従来技術の一例）第５図は一従来例を説明する音叉型振動子の図である。
音叉型振動子は一対の音叉腕１（ａｂ）が音叉基部２から延出してなり、結晶軸（ＸＹＺ）のＺ軸に主面が直交したＺカット板からなる。そして、Ｘ軸を幅、Ｙ軸を長さ、Ｚ軸を厚み方向とする。ここでは、幅方向の左側を−Ｘ軸として右側を＋軸とする。そして、一対の音叉腕１（ａｂ）の４面には励振電極３が形成され、音叉基部２に図示しない引出電極が延出して保持される。
【０００４】
励振電極３は、第６図に示したように一対の音叉腕１（ａｂ）ともに両主面と両側面を同電位とし、一方の音叉腕１ａでは両主面が＋電位であれば両側面を−電位とする。そして、他方の音叉腕１ｂでは一方の音叉腕１ａとは逆電位とし、両主面を−電位として両側面を＋電位となる結線とする。
【０００５】
このようなものでは、一方の音叉腕１ａでは両主面から両側面へ向かう電界のうちの、＋Ｘ軸方向へのベクトル成分Ｐによって内側面領域は、第７図に示したように矢印（一重線）で示すようにＹ軸方向に伸張する。また、−Ｘ軸方向へのベクトル成分Ｑによって外側面領域はＹ軸方向に縮小する。要するに、＋Ｘ軸から−軸方向に電界が向かうときはＹ軸方向に伸張し、−Ｘ軸から＋Ｘ軸方向に電界が向かうときはＹ軸方向に縮小する。
【０００６】
したがって、一方の音叉腕１ａは矢印（二重線）で示すように外方向へ傾斜する。他方の音叉アームは同様の理由によって、外方向へ傾斜する。これにより、交番電圧を印加すると一対の音叉腕１（ａｂ）は所謂音叉振動を生ずる。なお、振動周波数はＷ／Ｌ^２に比例する（但し、Ｗは音叉腕の幅、Ｌは長さ）。
【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、上記構成の音叉型振動子では小型化が進行するとＣＩが増大する問題があった。すなわち、各音叉腕２（ａｂ）の幅が小さくなると励振電極３の電極面積も小さくなり、充分な電界を供給できずにＣＩが増大する問題があった。
【０００８】
そこで、第８図に示したように各音叉腕１（ａｂ）の両主面に対向する凹所４を設けて励振電極３を形成する。このようにすれば、Ｘ軸（幅）方向での電界が直線的になるので電界強度が増してＣＩを小さくできることが提案されている（特許文献１及び２）。しかしながら、この場合には主面の中央部に対向する凹所４を設けるため、強度が低下して耐衝撃性に問題を生ずる。
【０００９】
（発明の目的）本発明は振動特性を良好に維持して小型化を促進する音叉型振動子及び棒状振動子を提供することを目的とする。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−７６８２７号公報
【特許文献２】特開２００２−２０４１４１号公報
【特許文献３】日本国特許第３３３５１２２号
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（着目点及び適用）本発明は、特許文献１及び２で示されるように電界がＸ軸方向に直線的になればＣＩが小さくなる点に着目し、特許文献３で示される直接接合技術を用いたＸ軸の極性を逆とした電界印加法を適用した。
【００１２】
（解決手段）本発明の請求項１、２は、Ｘ軸を厚み、Ｙ軸を長さ、Ｚ軸を幅方向として、一対の音叉腕のそれぞれはＸ軸の±極性を逆向きとした第１と第２の水晶片を幅方向に直接接合、具体的にはシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）によって接合し、Ｙ軸とＺ軸のなす音叉腕の両主面に励振電極を設けた構成とする。
【００１３】
このようなものでは、音叉腕の両主面に設けた励振電極によって電界を印加すると、第１と第２の水晶片のＸ軸方向が逆向きなので、内側とした例えば第１の水晶片が伸張すると外側となる第２の水晶片は縮小する。したがって、一方と他方の音叉腕の両主面に逆向きの電界を印加すれば音叉振動を生ずる。これにより、電界方向がＸ軸方向で直線的となるのでＣＩを小さくして振動特性を良好にし、小型化を促進する。
【００１４】
請求項３は、結晶軸（ＸＹＺ）のＸ軸を厚み、Ｙ軸を長さ、Ｚ軸を幅方向とした棒体からなる棒状振動子において、前記棒体はＸ軸方向を逆向きとした第１と第２の水晶片を幅方向に直接接合され、前記Ｙ軸とＺ軸のなす前記棒体の両主面に励振電極を設けた構成とする。
【００１５】
本発明から付随的に派生した発明であり、電界がＸ軸方向に沿って直線状となるので電界強度が高まり、所謂屈曲振動姿態の棒状振動子が得られる。勿論、一端部側に対面する励振電極を形成し、他端部を保持した場合での振動も期待できる。以下、本発明の一実施例を説明する。
【００１６】
【実施例】
第１図（ａｂ）は本発明の一実施例を説明する音叉型振動子の図で、同図（ａ）は音叉型振動子の図、同図（ｂ）は上面図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。
音叉型振動子は前述した音叉基部２から一対の音叉腕１（ａｂ）が延出してなり、ここでは主面がＸ軸に直交した貼り合わせによるＸカット板からなる。そして、Ｘ軸を厚み、Ｙ軸を長さ、Ｚ軸を幅方向とする。要するに、従来とはＸ軸とＺ軸を入れ替えてある。そして、一対の音叉腕１（ａｂ）はそれぞれ内側と外側の第１と第２の水晶片５（ａｂ）からなる。
【００１７】
各第１水晶片５ａは一主面から他主面に向かって、第２水晶片５ｂは他主面から一主面向かって−Ｘ軸から＋Ｘ軸とする。すなわち、各音叉腕１（ａｂ）における第１と第２の水晶片５（ａｂ）は厚み方向での±極性を逆向きにする。そして、一対の音叉腕１（ａｂ）の両主面に励振電極３を形成し、一対の音叉腕１（ａｂ）ともに対をなす電位として、電界の向きが同方向となる結線とする。
【００１８】
一対の音叉腕１（ａｂ）の第１と第２の水晶片５（ａｂ）及び基部２の一部となる第３の水晶片６を直接接合によって張り合わされる。直接接合は接合面を鏡面研磨して親水化（ＯＨ基化）して仮接合（オプティカルコンタクト）し、これを加熱してシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）によって原子間レベルで接合される。
【００１９】
このようなものでは、第１図（ｂ）及び第２図に示したように例えば各音叉腕１（ａｂ）の主面を＋として他主面を−とした電界を印加すると次になる。すなわち、各音叉腕１（ａｂ）における内側の第１水晶片５ａは前述したように−Ｘ軸から＋Ｘ軸方向に電界が向かうので、即ち電界方向と±Ｘ軸の極性が逆なのでＹ軸方向に伸張する。そして、外側の第２水晶片５ｂは電界方向が＋Ｘ軸から−Ｘ軸方向に向かうので、即ち電界方向と±Ｘ軸の強制が同じなのでＹ軸方向に縮小する。
【００２０】
したがって、一対の音叉腕１（ａｂ）はいずれも外方向に傾斜する。そして、電界方向を逆向きにすれは、一対の音叉腕１（ａｂ）は内方向に傾斜する。これにより、交番電圧を印加すれば音叉振動を生ずる。
【００２１】
これらのことから、一対の音叉腕１（ａｂ）にはＸ軸方向の電界が直線状として印加されるので、従来例に比較して電界効率を高める。また、凹所等を設けることがないので、耐衝撃性も良好とする。したがって、ＣＩを小さくできて振動特性を高め、小型化を促進できる。
【００２２】
また、ここでは各音叉腕１（ａｂ）の両側面の励振電極を不要として両主面にのみ励振電極３を形成すればよいので、電極形成を容易にする。
【００２３】
【他の事項】
上記実施例では、一対の音叉腕１（ａｂ）における第１と第２の水晶片５（ａｂ）はいずれも内側同士及び外側同士を同一として逆向の極性としたが、例えば第３図に示したようにしてもよい。すなわち、一方の音叉腕１ａは内側の第１水晶片５ａは一主面を−Ｘ軸、他主面を＋Ｘ軸とし、外側の第２水晶片５ｂは一主面を＋Ｘ軸、他主面を−Ｘ軸とする。
【００２４】
他方の音叉腕１ｂは内側の第１水晶片５ａは一主面を＋Ｘ軸、他主面を−Ｘ軸とし、外側の第２水晶片５ｂは一主面を＋Ｘ軸、他主面を＋Ｘ軸とする。そして、励振電極３には逆向きとなる電界を印加する。このような構成でも、各音叉腕１（ａｂ）における内側の水晶片５ａは電界方向Ｐと±Ｘ軸の極性が逆なのでＹ軸方向に伸張する。そして、各外側の水晶片５ｂは電界方向Ｐと±Ｘ軸の極性が同じなのでＹ軸方向に縮小する。したがって、一対の音叉腕１（ａｂ）は音叉振動を生ずる。
【００２５】
また、音叉型振動子として説明したが、本発明によれば付随的に次のことが言える。すなわち、電界がＸ軸に沿って直線状であるため電界強度が非常に高くなる。したがって、第４図に示したようにＹ軸とＺ軸のなす両主面に励振電極３を設けて所謂棒体の屈曲振動としても、同様にＣＩを小さくするので、本発明を適用できる。
【００２６】
これらの場合、通常の屈曲振動を得る場合は棒体の節点領域を保持する。さらには、一端部を固定端として強制的な節点領域として他端部を自由端として励振した場合でも、電界が直線状なのでその振動が期待できる。なお、音叉型振動子は貼り合わせによるＺカットとしたが、例えば温度特性等との関係から概ね±１０度を含むものである。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、本発明の請求項１、２は、Ｘ軸を厚み、Ｙ軸を長さ、Ｚ軸を幅方向として、一対の音叉腕のそれぞれはＸ軸の±極性を逆向きとした第１と第２の水晶片を幅方向に直接接合、具体的にはシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）によって接合し、Ｙ軸とＺ軸のなす音叉腕の両主面に励振電極を設けた構成とする。また、付随的にＸ軸方向を逆向きとした第１と第２の水晶片を幅方向に直接接合し、Ｙ軸とＺ軸のなす棒体の両主面に励振電極を設けた構成とする。
【００２８】
これらにより、振動特性を良好に維持して小型化を促進する音叉型振動子及び棒状振動子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を説明する図で、同図（ａ）は音叉型振動子の図、同図（ｂ）は上面図である。
【図２】本発明の一実施例の作用を説明する音叉型振動子の正面図である。
【図３】本発明の一実施例の他の例を説明する音叉型振動子の上面図である。
【図４】本発明の他の実施例を説明する棒状振動子の図である。
【図５】従来例を説明する音叉型振動子の図である。
【図６】従来例を説明する音叉型振動子の上面図である。
【図７】従来例の作用を説明する音叉型振動子の正面図である。
【図８】従来例の他の例を説明する上面図である。
【符号の説明】
１ 音叉腕、２ 音叉基部、３ 励振電極、４ 凹所、５、６、 水晶片。

Claims (3)

1. 一対の音叉腕が音叉基部から延出してなる結晶軸（ＸＹＺ）を有する音叉型水晶振動子において、前記Ｘ軸を厚み、Ｙ軸を長さ、Ｚ軸を幅方向として、前記一対の音叉腕のそれぞれはＸ軸方向の±極性を逆向きとした第１と第２の水晶片を幅方向に直接接合され、前記Ｙ軸とＺ軸のなす両前記音叉腕の両主面に励振電極を設けたことを特徴とする音叉型水晶振動子。
2. 前記直接接合はシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）である請求項１の音叉型水晶振動子。
3. 結晶軸（ＸＹＺ）のＸ軸を厚み、Ｙ軸を長さ、Ｚ軸を幅方向とした棒体からなる棒状振動子において、前記棒体はＸ軸方向を逆向きとした第１と第２の水晶片を幅方向に直接接合され、前記Ｙ軸とＺ軸のなす前記棒体の両主面に励振電極を設けたことを特徴とする棒状振動子。

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