JP2004248237A - Tuning fork type crystal resonator - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は小型化、高性能化、耐衝撃性、低廉化を実現する新形状の音叉型水晶振動子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
音叉型水晶振動子は、腕時計、置き掛け時計、コンピューター、携帯電話、家電製品、AV機器、OA機器等の時間や周波数の基準源として大量に使用されている。このような従来の音叉型水晶振動子について、以下に図面を用いて説明する。
【0003】
図4は従来の音叉型水晶振動子を示し(a)は平面図であり、(b)はB−B’断面図であり、図5は従来の溝付き音叉型水晶振動子の音叉腕部の断面図である。
【0004】
図4(a)(b)において、音叉型水晶振動子60は左音叉腕部61右音叉腕部62及び二つの腕部を結合する基部63、二つの腕部と基部で囲まれた音叉又部64から構成されている。X,Y,Z軸は水晶の結晶軸を表している。
【0005】
左音叉腕部61の側面に設けられた側面電極65,66は、右音叉腕部62の表面及び裏面に設けられた平面電極71、72と同電位になるように接続されている。同様に右音叉腕部62の側面に設けられた側面電極69、70は、左音叉腕部61の表面及び裏面に設けられた平面電極67、68と同電位になるように接続されている(接続部は図示せず。以下図1〜図3、図5も同様。)。
【0006】
交流電圧が電極を通じて音叉腕部に印加されると、矢印で示したような電界が発生する。この電界のX軸方向成分が、水晶内部で方向が反対となる。この結果それぞれの音叉腕部がその中立線の左右で伸びと縮みが起こり、左右の音叉腕部がX軸方向に逆位相で屈曲振動を行う。
【0007】
近年、携帯電話に代表される小型携帯機器の普及により、音叉型水晶振動子の小型化、高性能化、耐衝撃性、低廉化に対する強い要望がある。この実現のため、図5に示した溝付き音叉型水晶振動子が提案されている。これは左音叉腕部73の表面及び裏面の長手方向に沿って溝75、76、及び右音叉腕部74の表面及び裏面の長手方向に沿って溝77、78を設けて、左の音叉腕部に側面電極79、80と右音叉腕部に側面電極83、84及び各音叉腕部の溝に平面電極に相当する左の溝電極81、82と右の溝電極85、86を形成したものである。各電極の接続は、図4のタイプと同様に行われる。
【0008】
このような溝付き音叉型水晶振動子に交流電圧が電極を通じて音叉腕部に印加されると、矢印で示したように側面電極と溝電極間に垂直な電界が発生する。この電界はX軸方向で発生した電界そのものである。このため図4に示したタイプに比べ、電気機械変換効率が良くなり、CI値やQ値の良好な小型の音叉型水晶振動子が得られる(例えば、特許文献1、特許文献2参照。)。
【0009】
上記の音叉型水晶振動子は、フォトリソグラフィー技術と化学エッチング技術により作られている。一例として、音叉型の代表的周波数である32.768Khzについて、図4に示したタイプの寸法は、全長3.5mm、全幅0.75mm、厚さ0.1mm、音叉腕の長さ2.5mm、音叉腕の幅0.25mmに対して、溝付き音叉型は、全長2.2mm、全幅0.56mm、厚さ0.2mm、音叉腕の長さ1.6mm、音叉腕の幅0.1mmと小型化されている。溝部は溝幅0.07mm、溝長さ1.3mm、溝深さ0.05mmである。尚、一枚の水晶ウエハーから溝付き音叉型水晶振動子が400個作られる。
【0010】
【特許文献1】
特開昭52−61985号公報(第7−8頁、第4図)
【特許文献2】
特開昭2002−76827号公報(第6−7頁、図2)
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の溝付き音叉型水晶振動子は、溝の断面形状が長方形を有しているため、音叉腕部の溝部分の厚さは、外形部分の厚さの約半分となる。又、この薄い部分の面積は音叉腕部全体の面積の約60%を占める。このため音叉腕部の機械的強度に問題があり、衝撃や振動等の外乱を受けたとき、音叉基部側の溝部が短手方向に破損すると言う問題があった。又、溝を形成する加工工程が複雑なため、低廉化が実現できないと言う問題もあった。
【0012】
本発明の目的は、上記課題を解決しようとするもので、小型化、高性能化、耐衝撃性、低廉化に最適な音叉型水晶振動子を提供するものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の音叉型水晶振動子は、以下に記した特徴を有する。
【0014】
請求項1に係わる発明の音叉型水晶振動子は、音叉型水晶振動子において、当該振動子は、音叉腕部の表面及び裏面の長手方向に沿って、音叉腕部厚さ方向の断面形状が略V型の溝を有していることを特徴とするものである。
【0015】
請求項2に係わる音叉型水晶振動子の略V型の溝は、音叉腕部の表面及び裏面にそれぞれ二ヶ所ずつ有していることを特徴とするものである。
【0016】
請求項3に係わる音叉型水晶振動子の略V型の溝は、音叉腕部の表面及び裏面のいずれか一方の面に一ヶ所他方の面に二ヶ所有していることを特徴とするものである。
【0017】
請求項4に係わる音叉型水晶振動子の略V型の溝は、音叉腕部の表面及び裏面にそれぞれ一ヶ所ずつ有していることを特徴とするものである。
【0018】
請求項5に係わる音叉型水晶振動子の略V型の溝の音叉腕部短手方向の幅寸法は、音叉又部の幅寸法より狭いことを特徴とするものである。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図1は本発明の第一の実施の形態の音叉型水晶振動子を示し(a)は平面図であり、(b)はA−A’断面図であり、図2は本発明の第二の実施の形態の音叉型水晶振動子の音叉腕部の断面図であり、図3は本発明の第三の実施の形態の音叉型水晶振動子の音叉腕部の断面図である。
【0020】
図1(a)(b)の第一の実施の形態において、音叉型水晶振動子1は左音叉腕部2、右音叉腕部3及び二つの腕部を結合する基部4、二つの腕部と基部で囲まれた音叉又部5から構成されている。X,Y,Z軸は水晶の結晶軸を表している。
【0021】
左音叉腕部2の表面及び裏面は、その長手方向に沿って、腕部厚さ方向の断面形状が略V型の溝6、7及び8、9を有している。同様に、右音叉腕部3の表面及び裏面は略V型の溝10、11及び12、13を有している。即ち、略V型の溝は、それぞれの音叉腕部の表裏面に二ヶ所ずつあり、その幅及び厚さの中心線に対して、対象に作られている。又、これらの溝の幅wは音叉又部の幅Wより狭く作られている。
【0022】
左音叉腕部2の側面に設けられた側面電極14、15は、右音叉腕部3の表面の略V型溝10、11とその間の平面部に設けられた溝電極20及び裏面の略V型溝12、13とその間の平面部に設けられた溝電極21と同電位になるように接続されている。
【0023】
同様に右音叉腕部3の側面電極16、17は、左音叉腕部2の表面の略V型溝6、7とその間の平面部に設けられた溝電極18及び裏面の略V型溝8、9とその間の平面部に設けられた溝電極19と同電位になるように接続されている。
【0024】
交流電圧が電極を通じて音叉腕部に印加されると、矢印で示したように左腕部2の側面電極14、15と溝電極18、19間、及び右腕部3の側面電極16、17と溝電極20、21間に垂直な電界が発生する。これらの電界は、溝付き音叉型と同様にX軸方向で発生した電界そのものである。この結果、電気機械変換効率が良くなり、CI値やQ値の良好な小型の音叉型水晶振動子が得られた。
【0025】
又、略V型の溝を有しているため、音叉腕部の肉薄部分が減少して、音叉腕部の機械的強度が向上し、衝撃や振動等による破損がなくなり、耐衝撃性が大幅に改善された。さらに、V型の溝加工と音叉形状加工を同時に行えるので、工程が単純化され、低廉化が実現できた。
【0026】
図2の第二の実施の形態において、左音叉腕部22の表面及び裏面は、その長手方向に沿って、腕部厚さ方向の断面形状が略V型の溝23及び24、25を有している。同様に右音叉腕部26の表面及び裏面は、その長手方向に沿って、腕部厚さ方向の断面形状が略V型の溝27、及び28、29を有している。これらの溝は、表面に二ヶ所、裏面に一ヶ所でも良い。尚、一ヶ所の溝は、音叉腕部中央部に、二ヶ所の溝は、音叉腕部中心線に対して対象に作られている。
【0027】
左音叉腕部22の側面に設けられた側面電極37、30は、右音叉腕部26に設けられた溝電極35、36と同電位になるように接続されている。同様に右音叉腕部26の側面に設けられた側面電極33,34は、左音叉腕部22に設けられた溝電極31、32と同電位になるよう接続されている。これにより、矢印で示したように垂直電界を発生させることができる。
【0028】
図3の第三の実施の形態において、左音叉腕部38の表面及び裏面の中央部には、一ヶ所ずつの略V型の溝40,41を有し、同様に右音叉腕部39の表面及び裏面の中央部には、一ヶ所ずつの略V型の溝42、43を有している。
【0029】
左音叉腕部38の側面に設けられた側面電極44、45は、右音叉腕部39に設けられた溝電極50、51と同電位になるように接続されている。同様に右音叉腕部39の側面に設けられた側面電極46、47は、左音叉腕部38に設けられた溝電極48、49と同電位になるように接続されている。これにより、矢印で示したように垂直電界を発生させることができる。尚、これら第二、第三の実施の形態における略V型の溝幅も、音叉又部の幅より狭く作られている。
【0030】
これらの第二、第三の実施の形態においても、垂直電界が得られると共に音叉腕部の機械的強度が向上した。
【0031】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、音叉型水晶振動子において、当該振動子は、音叉腕部の表面及び裏面の長手方向に沿って、音叉腕部厚さ方向の断面形状が略V型の溝を有することにより、垂直電界が得られると共に音叉腕部の機械的強度が向上し、加工工程も単純化された。この結果、小型で高性能、高耐衝撃性、低廉化の音叉型水晶振動子が実現でき、本発明の効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の音叉型水晶振動子の第一の実施の形態を示し、(a)は平面図(b)は断面図である。
【図2】本発明の音叉型水晶振動子の第二の実施の形態を示す音叉腕部の断面図である。
【図3】本発明の音叉型水晶振動子の第三の実施の形態を示す音叉腕部の断面図である。
【図4】従来の音叉型水晶振動子を示し、(a)は平面図(b)は断面図である。
【図5】従来の溝付き音叉型水晶振動子を示す音叉腕部の断面図である。
【符号の説明】
1 音叉型水晶振動子
2 左音叉腕部
3 右音叉腕部
4 基部
5 音叉又部
6、7、8、9、10、11、12、13 略V型の溝
23、24、25、27、28、29 略V型の溝
40、41、42、43 略V型の溝
14、15、16、17 側面電極
37、30、33、34 側面電極
44、45、46、47 側面電極
18、19、20、21 溝電極
31、32、35、36 溝電極
48、49、50、51 溝電極[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a new-shaped tuning-fork type crystal resonator that realizes miniaturization, high performance, impact resistance, and low cost.
[0002]
[Prior art]
Tuning fork-type quartz resonators are used in large quantities as time and frequency reference sources for watches, clocks, computers, mobile phones, home appliances, AV equipment, OA equipment, and the like. Such a conventional tuning-fork type crystal resonator will be described below with reference to the drawings.
[0003]
4 (a) is a plan view, FIG. 4 (b) is a sectional view taken along the line BB ', and FIG. 5 is a tuning fork arm portion of a conventional grooved tuning fork type crystal resonator. FIG.
[0004]
4 (a) and 4 (b), a tuning fork
[0005]
The
[0006]
When an AC voltage is applied to the tuning fork arm through the electrode, an electric field as indicated by an arrow is generated. The direction of the component of the electric field in the X-axis direction is reversed inside the crystal. As a result, each tuning fork arm expands and contracts on the left and right sides of the neutral line, and the left and right tuning fork arms perform bending vibration in opposite phases in the X-axis direction.
[0007]
2. Description of the Related Art In recent years, with the spread of small portable devices represented by mobile phones, there is a strong demand for downsizing, high performance, impact resistance, and low cost of tuning fork type crystal units. To realize this, a grooved tuning-fork type crystal resonator shown in FIG. 5 has been proposed. This is achieved by providing
[0008]
When an AC voltage is applied to the tuning-fork arm through such a grooved tuning-fork type quartz vibrator through an electrode, a vertical electric field is generated between the side electrode and the groove electrode as indicated by an arrow. This electric field is the electric field itself generated in the X-axis direction. Therefore, compared with the type shown in FIG. 4, the electromechanical conversion efficiency is improved, and a small tuning-fork type crystal resonator having a good CI value and Q value can be obtained (for example, see Patent Documents 1 and 2). .
[0009]
The tuning-fork type quartz vibrator is made by a photolithography technique and a chemical etching technique. As an example, for a typical frequency of a tuning fork type of 32.768 Khz, the dimensions of the type shown in FIG. 4 are 3.5 mm in overall length, 0.75 mm in overall width, 0.1 mm in thickness, and 2.5 mm in length of the tuning fork arm. The grooved tuning fork type has a total length of 2.2 mm, a total width of 0.56 mm, a thickness of 0.2 mm, a tuning fork arm length of 1.6 mm, and a tuning fork arm width of 0.1 mm with respect to the tuning fork arm width of 0.25 mm. And miniaturized. The groove has a groove width of 0.07 mm, a groove length of 1.3 mm, and a groove depth of 0.05 mm. Incidentally, 400 grooved tuning-fork type crystal units are manufactured from one crystal wafer.
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-52-61985 (pages 7-8, FIG. 4)
[Patent Document 2]
JP-A-2002-76827 (page 6-7, FIG. 2)
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional grooved tuning-fork type quartz resonator, the groove has a rectangular cross-sectional shape, so that the thickness of the groove portion of the tuning-fork arm portion is about half the thickness of the outer portion. The area of the thin portion occupies about 60% of the entire area of the tuning fork arm. For this reason, there is a problem in mechanical strength of the tuning fork arm portion, and there has been a problem that the groove portion on the base side of the tuning fork is damaged in the short direction when subjected to disturbance such as impact or vibration. Further, there is also a problem that the cost cannot be reduced due to the complicated processing steps for forming the grooves.
[0012]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide a tuning-fork type crystal resonator that is optimal for miniaturization, high performance, impact resistance, and low cost.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
A tuning-fork type quartz resonator according to the present invention for achieving the above object has the following features.
[0014]
The tuning-fork type crystal resonator according to the invention according to claim 1 is a tuning-fork type crystal resonator, wherein the vibrator has a cross-sectional shape in a thickness direction of the tuning fork arm along a longitudinal direction of a front surface and a back surface of the tuning fork arm. It has a substantially V-shaped groove.
[0015]
The substantially V-shaped groove of the tuning-fork type quartz resonator according to the second aspect has two positions on the front surface and the back surface of the tuning-fork arm portion, respectively.
[0016]
A substantially V-shaped groove of the tuning-fork type crystal resonator according to claim 3 is provided on one of the front surface and the back surface of the tuning-fork arm portion and two on the other surface. It is.
[0017]
The substantially V-shaped groove of the tuning-fork type quartz resonator according to the fourth aspect is characterized in that it has one groove on each of the front and back surfaces of the tuning-fork arm.
[0018]
The width dimension of the substantially V-shaped groove of the tuning fork arm portion in the width direction of the tuning fork arm portion of the tuning fork type quartz resonator according to
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A and 1B show a tuning-fork type crystal resonator according to a first embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a plan view, FIG. 1B is a sectional view taken along the line AA ′, and FIG. FIG. 3 is a sectional view of a tuning fork arm of a tuning fork type crystal resonator according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a sectional view of a tuning fork arm of a tuning fork type crystal resonator according to a third embodiment of the present invention.
[0020]
In the first embodiment shown in FIGS. 1A and 1B, a tuning fork crystal unit 1 includes a left
[0021]
The front and back surfaces of the left
[0022]
The
[0023]
Similarly, the
[0024]
When an AC voltage is applied to the tuning fork arm through the electrode, as shown by the arrows, between the
[0025]
In addition, because of the substantially V-shaped groove, the thin portion of the tuning fork arm portion is reduced, the mechanical strength of the tuning fork arm portion is improved, damage due to impact or vibration is eliminated, and impact resistance is greatly improved. Was improved. Further, since the V-shaped groove processing and the tuning fork shape processing can be performed at the same time, the process is simplified and the cost can be reduced.
[0026]
In the second embodiment shown in FIG. 2, the front and back surfaces of the left
[0027]
The
[0028]
In the third embodiment shown in FIG. 3, the left
[0029]
The
[0030]
Also in these second and third embodiments, a vertical electric field is obtained and the mechanical strength of the tuning fork arm is improved.
[0031]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the tuning-fork type crystal resonator, the resonator has a substantially V-shaped cross-sectional shape in the thickness direction of the tuning-fork arm along the longitudinal direction of the front surface and the back surface of the tuning-fork arm. By providing the grooves described above, a vertical electric field is obtained, the mechanical strength of the tuning fork arm is improved, and the processing step is simplified. As a result, a compact, high-performance, high-impact-resistance, low-cost tuning-fork type crystal resonator can be realized, and the effect of the present invention is extremely large.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a first embodiment of a tuning-fork type crystal resonator of the present invention, wherein (a) is a plan view and (b) is a cross-sectional view.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a tuning-fork arm portion showing a tuning-fork type crystal resonator according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view of a tuning-fork arm portion showing a tuning-fork type crystal resonator according to a third embodiment of the present invention.
4A and 4B show a conventional tuning-fork type crystal resonator, wherein FIG. 4A is a plan view and FIG. 4B is a cross-sectional view.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a tuning fork arm showing a conventional grooved tuning fork type crystal resonator.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 tuning fork
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