JP2008035177A

JP2008035177A - ラーメモード水晶振動子

Info

Publication number: JP2008035177A
Application number: JP2006205976A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Ogura; 友昭小倉
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2008-02-14

Abstract

【課題】ラーメモード水晶振動子の振動子形状に関するものであり、特に、小型化、高精度化、低ＣＩ値を実現し、振動部を支持する支持部強度を向上させた支持構造を得ることを目的とする。
【解決手段】課題を解決するために本発明は、振動部、支持部、接続部から成る矩形状の圧電素板主面に電極を設け、電荷を加えた場合に前記圧電素板の角部４点を節として、前記矩形状の長手方向に伸びたときには短手方向に縮み、かつ、前記矩形状の短手方向に伸びたときには長手方向に縮む輪郭振動の振動形態を生じる、ＬＱ２Ｔカットの水晶基板から成るラーメモード水晶振動子において、支持部方向を変えてＲ面とのなす角をできるだけ小さくし、断層的に割れた時の断面積を大きくすることで、支持部強度の向上を図ったことにより課題を解決する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ラーメモード水晶振動子の振動子形状に関するものであり、特に、小型化、高精度化、低ＣＩ値を実現し、振動部を支持する支持部強度を向上させた支持構造に関するものである。

ラーメモード水晶振動子は小型で低周波数を実現する上で最適な振動モードを得ることができる。そのため低周波の振動子でありながら小型化を実現するということは、近年めざましい進化を遂げている携帯電話、携帯型の小型ゲーム機器などに広く利用される大きな市場がある。

ラーメモード水晶振動子は数十μｍの板厚の圧電基板により形成されており、ラーメモード水晶振動子を保持するためには振動の阻害にならないように、振動の節を保持することが一般的である。図７に示すように四隅の接続部を介して支持と保持がなされている。この節から支持部が引き出され接続部に接続しパッケージに組立ることで振動子を得ている。このときの支持部はなるべく細くすることにより振動の阻害を少なくし、等価直列抵抗を小さくすることができる。そのため、落下衝撃時に強い構造が必要となる。

要するに、従来は振動子を作製する際にはＱ値の低下を避けるために振動の節となっている正方形の四隅に支持部を設けており、その関係で、振動部と支持部及び接続部は一体で形成されるため振動の節となっている四隅にはモーメント力が生じてしまう。そのために支持部の設計が適切でない場合、振動のエネルギーが支持部に漏れてしまい等価抵抗値Ｒ１が大きくなってしまう。更に等価抵抗値Ｒ１を小さくすること及びＱ値の低下を軽減する目的で四隅からの支持部２の幅、及び厚みを小さくすると落下等の衝撃を受けた場合や過大な励振電流により振幅が大きくなった場合に破損するおそれがある。

上述のように、ラーメモード水晶振動子は正方形板の場合、四隅が節となって面内で等体積的に振動する振動モードであることから、従来のラーメモード水晶振動子はＱ値の高い振動子を得るために振動の節となっている四隅から支持部を引き出すことが最も有効な支持方法であり、実際の支持方法については、振動子の支持部には接続部を介してセラミックなどの基板に導電性接着剤を用いて固定しているのが現状である。
特開２００３−１４２９７９号公報特開２００１−３１３５３７号公報特開２００５−１３００７０号公報なお出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。

上述するラーメモード水晶振動子に用いられる基本的な水晶のカット角は、前述するようにＬＱ２Ｔカットが代表的であるが、同ラーメモード水晶振動子には人工水晶材料のＲ面も含まれる。Ｒ面とは見掛け上は水晶材料として、ラーメモード水晶振動子のひとつの平面を構成するものの、厳密に言えば人工水晶を構成する不純物の含有量の違いにより、結晶構造の異なる格子定数を持つことになり同じ平面でありながら、断層的に割れたりひびが入るなど、耐衝撃性については弱くなってしまう要因となる。

上述することは、従来技術でも触れている元来のラーメモード水晶振動子の支持部の構造が脆弱であることから、上述する人工水晶材料のＲ面方位とが合致して支持部を構成することになると、支持部方向に対して直角方向、すなわち最短距離で断層的に割れてしまうため、なお更に支持部強度の低下を招く要因にもなってしまうと言う課題がある。

そこで上述の課題を改善するために本発明は、支持部方向を変えてＲ面とのなす角をできるだけ小さくし、断層的に割れた時の断面積を大きくすることで、支持部強度の向上を図ったラーメモード水晶振動子である。

水晶には３つのＲ面が存在しており、その各々角度はＬＴ２Ｔカットの場合、
＋Ｘ軸を基準として、Ｒ面１が０度、Ｒ面２が４４．３７度、Ｒ面３が１３５．６３度である。支持部方向と３つのＲ面との成す角度のうち最大の角度を破壊角度と定義すると、支持部の強度は破壊角度で決まるので、支持部の方向は、破壊角度ができるだけ小さくなるように決めれば良い。

図６は支持部方向と３つのＲ面とのなす角度、破壊角度の関係を示したものである。ラーメモード水晶振動子は、＋Ｘ軸を基準として４５度面内回転させた水晶振動子であるので、４５度、１３５度軸を中心として、左右対称に４つの支持部を設けたとき、支持部の１つは、４５〜１３５度の方向に設ける必要がある。その範囲の角度における破壊角度の最小値は６７．８１５度である。発明品は＋Ｘ軸を基準として、４５〜１３５度の範囲の中で破壊角度６７．８１５度となる方向で支持部の１つを設け、残り３つの支持部は、４５度、１３５度軸を中心として左右対称に設けたラーメモード水晶振動子である。

上述の具体的な支持部角度としては、ラーメモード水晶振動子の＋Ｘ軸を基準０度として反時計方向に、２２．１８５±３度、６７．８１５±３度、２０２．１８５±３度、２４７．８１５±３度の位置のラーメモード水晶振動子の振動部の節部分に形成したラーメモード水晶振動子である。

また、他の支持部角度としては、ラーメモード水晶振動子の＋Ｘ軸を基準０度として反時計方向に、１１２．１８５±３度、１５７．８１５±３度、２９２．１８５±３度、３３７．８１５±３度の位置のラーメモード水晶振動子の振動部の節部分に形成したラーメモード水晶振動子である。

本発明は、発明者が支持部におけるＲ面との成す角度に対して、直角方向の位置関係で振動部と支持部との境界にならぬよう、前述する水晶基板に存在する３つのＲ面方向を考慮してラーメモード水晶振動子の振動部から延びる支持部の位置（角度）を理論上分析して得たもので、前述する水晶基板に存在する支持部と３つのＲ面とのなす角度のうち、２つの角度が同じになる角度、すなわち６７．８１５度（±３度）を基準としてラーメモード水晶振動子の＋Ｘ軸からの支持部角度を決定したものである。

本発明では、ラーメモード水晶振動子の振動部と支持部との境界、あるいは支持部内で、全ての支持部でＲ面の成す角度が９０度にならぬよう考慮したもので、人工水晶材料という結晶方位の特徴から発生する耐機械強度を向上することにより従来の課題を解決するものである。

上述のように本発明は、ラーメモード水晶振動子の支持部強度を、人工水晶材料の特有な性質による支持部強度を、ラーメモード水晶振動子の振動部から延びる支持部の位置（角）をＲ面角度に直角に位置しないように形成することで、耐衝撃による機械的強度を改善することで、ラーメモード水晶振動子の製造歩留まりの改善によるコストの削減、ラーメモード水晶振動子の品質の向上を実現することができる。

以下、図面に従ってこの発明の実施例を説明する。なお、各図において同一の符号は同様の対象を示すものとする。
圧電素板１を基板にし、その基板の辺比の一方の寸法を１としたとき、もう一方の寸法が整数比（１〜ｎ）を満たす板に無数に存在する振動モードをラーメモード水晶振動子と呼んでいる。図１に示すように正方形板の場合は四隅が節となって向かい合う２辺Ａが正方形の中心方向に変位したときはもう一方の２辺Ｂが正方形の外方向に変位し、また向かい合う２辺Ａが正方形の外方向に変位したときはもう一方の２辺Ｂが正方形の中心方向に変位する振動形態である。従って、図１（ａ）と図１（ｂ）の動作を繰り返す形態で振動する。この図１は正方形板の最低次の振動モードと呼ぶ。また図１（ｃ）には振動板の寸法概念を示す。そして図２にはその振動モードの変位解析図を示している。支持部は、振動の阻害とならないように

図３は支持部の方向とＲ面１〜３とのなす角度の関係を示したものである。支持部の方向は、＋Ｘ軸を基準０度として反時計回りにとった角度で示されている。縦軸が９０度になればなるほど、支持部位置に対してＲ面が直角な位置となり、断層的に割れたときの断面積が小さくなることから、支持部の耐衝撃性を悪化させることになる。支持部の方向を変えていくと、Ｒ面１〜３の角度は刻々と変化していくが、支持部の強度は破壊角度、すなわちＲ面１〜３とのなす角度のうち、最大の角度で決まる。図６は支持部の方向と、破壊角度の関係を示した図である。

ラーメモード水晶振動子は、＋Ｘ軸を基準として４５度面内回転させた水晶振動子で、４５度、１３５度軸を中心として左右対称に４つの支持部を設けたとき、支持部の１つは、４５〜１３５度の方向に設ける必要がある。図６から、その角度の範囲における破壊角度の最小値は６７．８１５度であり、そのときの支持部の方向は、６７．８１５度と１１８．１８５度である。従って、支持部の１つは、６７．８１５度または１１８．１８５度に設け、残りの３つの支持部は、４５度、１３５度軸を中心に左右対称に設ければよい。

図４については、ラーメモード水晶振動子の支持部の位置（角）の一例を示したもので、ラーメモード水晶振動子の＋Ｘ軸を基準０度として反時計方向に、２２．１８５±３度、６７．８１５±３度、２０２．１８５±３度、２４７．８１５±３度の位置のラーメモード水晶振動子の振動部の節部分に支持部を形成したものである。

また、もう１つの形態として、図５に示すように、ラーメモード水晶振動子の＋Ｘ軸を基準０度として反時計方向に、１１２．１８５±３度、１５７．８１５±３度、２９２．１８５±３度、３３７．８１５±３度の位置のラーメモード水晶振動子の振動部の節部分に支持部を形成したものである。

図４と図５共に、支持部におけるＲ面の位置が直角にならないように考慮されていることから、耐衝撃性による支持部の機械強度を向上させることができる。

ラーメモード水晶振動子の１次モードの形態を示す平面図である。図１に示す振動形態を解析する変位解析図である。支持部方向と３つのＲ面とのなす角度を示したグラフである。具体的な支持部位置を説明する図である。本発明の他の支持部位置を示す図である。支持部方向と破壊角度の関係を示したグラフである。従来の支持部構造を示した平面図である。

Claims

振動部、支持部、接続部から成る矩形状の圧電素板主面に電極を設け、電荷を加えた場合に前記圧電素板の角部４点を節として、前記矩形状の長手方向に伸びたときには短手方向に縮み、かつ、前記矩形状の短手方向に伸びたときには長手方向に縮む輪郭振動の振動形態を生じる、ＬＱ２Ｔカットの水晶基板から成るラーメモード水晶振動子において、
前記支持部は、＋Ｘ軸を基準０度として反時計方向に、２２．１８５±３度、６７．８１５±３度、２０２．１８５±３度、２４７．８１５±３度の位置のラーメモード振動子の振動部の節部分に形成したことを特徴とするラーメモード水晶振動子。
振動部、支持部、接続部から成る矩形状の圧電素板主面に電極を設け、電荷を加えた場合に前記圧電素板の角部４点を節として、前記矩形状の長手方向に伸びたときには短手方向に縮み、かつ、前記矩形状の短手方向に伸びたときには長手方向に縮む輪郭振動の振動形態を生じる、ＬＱ２Ｔカットの水晶基板から成るラーメモード水晶振動子において、
前記支持部は、＋Ｘ軸を基準０度として反時計方向に、１１２．１８５±３度、１５７．８１５±３度、２９２．１８５±３度、３３７．８１５±３度の位置のラーメモード振動子の振動部の節部分に形成したことを特徴とするラーメモード水晶振動子。