JP4319846B2

JP4319846B2 - 水晶振動子

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Publication number: JP4319846B2
Application number: JP2003032337A
Authority: JP
Inventors: 正人雨宮; 英紀芦沢; 宏元結城; 剛史西塚; 勝也水本
Original assignee: River Eletec Corp
Current assignee: River Eletec Corp
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2023-02-10
Also published as: JP2004242256A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラーメモード振動を伴う水晶振動子の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ラーメモード振動を伴う水晶振動子は、特許文献１及び特許文献２に記載されているように、水晶原石から所定のカット角でスライスされた四角形状の水晶基板の表裏両面に励振電極を形成した振動本体部と、この振動本体部の振動の節点となる端部から延びるアーム状の接続部と、この接続部を介して前記振動本体部を支持するフレーム部によって一体形成されている。前記フレーム部には、一対の端子電極部が形成されており、外部から供給される所定の電圧を前記端子電極部及び接続部を介して振動本体部の表面及び裏面に逆位相の電界を印加することによって、前記振動本体部にラーメモードの振動を生じさせている。
【０００３】
図１５は表裏両面にそれぞれ３面の励振電極を備えた従来の（３，１）次のラーメモード振動を伴う水晶振動子をセラミックケース１内に固定した状態を示したものである。ここで、（ａ）はフレーム部１４の一側面に位置する一対の端子電極部１５ａ，１５ｂを介してセラミックケース１内に支持する片支持構造の水晶振動子１０、（ｂ）は一対の端子電極部２５ａ，２５ｂとこれと対向するフレーム部２４の一端２６とで支持する両支持構造の水晶振動子２０である。前記水晶振動子１０，２０に備える振動本体部１１，２１は共に、振動の節点（１２ａ〜１２ｄ，２２ａ〜２２ｄ）から延びる接続部（１３ａ〜１３ｄ，２３ａ〜２３ｄ）を介してフレーム部１４，２４に接続されている。このように、前記振動本体部１１，２１を節点（１２ａ〜１２ｄ，２２ａ〜２２ｄ）で支持することによって、ラーメモードによる振動を安定して発生させることができる。ただし、前記節点（１２ａ〜１２ｄ，２２ａ〜２２ｄ）で支持させた場合であっても、接続部（１３ａ〜１３ｄ，２３ａ〜２３ｄ）の形状によってラーメモード振動の特性を左右する等価直列抵抗値が変化し、その幅が太く、短いほど等価直列抵抗値が高く（悪化）なる傾向にある。
【０００４】
このため、前記接続部（１３ａ〜１３ｄ，２３ａ〜２３ｄ）を図１６（ａ），（ｂ）に示すように、可能な限り細く加工するか、図１７（ａ），（ｂ）に示すように長く延ばすなどして等価直列抵抗値を低下させるようにしていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３１３５３７号公報
【特許文献２】
特開２００２−１５８５５９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記図１６（ａ），（ｂ）に示したように、接続部（１３ａ〜１３ｄ，２３ａ〜２３ｄ）を細くしていくと、振動本体部１１，２１の支持力が低下するため、外部からの衝撃等によって破断や損傷が起こりやすくなる。このような接続部の破断や損傷によって、振動本体部１１，２１内の各励振電極部に端子電極部（１５ａ，１５ｂ又は２５ａ，２５ｂ）からの電圧が十分供給されずラーメモード振動が不安定になってしまう。特に、（ａ）に示したような片支持構造の水晶振動子１０にあっては、セラミックケース１に固定された端子電極部（１５ａ，１５ｂ）から離れるにしたがって撓み範囲が大きく、破断や損傷する確率が高くなる。
【０００７】
また、前記図１７（ａ），（ｂ）に示したように、接続部（１３ａ〜１３ｄ，２３ａ〜２３ｄ）の太さはそのままで長く延ばして形成した場合は、それに伴ってフレーム部１４，２４が外方向に拡張するため、水晶振動子１０，２０の小型化が図られないといった問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、支持強度の低下や水晶基板のサイズを拡張することなく等価直列抵抗値を低減化させることで、高精度且つ安定したラーメモード振動を得ることができる水晶振動子を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る水晶振動子は、表面及び裏面に励振電極が形成され、振動の節点を四隅に有する四角形状の振動本体部と、この振動本体部の左右の側辺又は上下の側辺に沿って延設され、その両端が前記節点に連結される接続部と、この接続部の略中央部に設けられる端子電極部とを備え、この端子電極部によって前記振動本体部を支持することを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、振動本体部をその端部に位置する振動の節点で支持すると共に、電圧の供給ラインとなる接続部が端子電極部に向かって長く延ばして形成されているので、振動本体部内で発生するラーメモード振動に対する抵抗力が減少し、等価直列抵抗値を低減させることができる。また、前記水晶振動子をセラミックケースに搭載後、温度変化が生じた場合に、セラミックケースとの熱膨張差で生じる振動本体部の歪みを緩和することができる。このため、広い温度範囲において、安定した振動子特性を得ることができる。
【００１１】
また、前記接続部に屈曲部を設けることで、振動本体部の節点から引き出された接続部をこの振動本体部の近傍に設けた端子電極部に向けて所定形状に長く延ばして形成することができる。このように、前記端子電極部が振動本体部の近傍に形成され、この端子電極部に向かう接続部が振動本体部の外周上で屈曲させて長く形成されているので、水晶振動子全体のサイズの拡張を抑えて小型化することが可能となる。
【００１２】
また、前記一対の端子電極部が長方形状に形成された振動本体部の長手方向の左右両側面あるいは前後両側面に位置しているので、落下などで衝撃が加わった場合においても水晶振動子全体を安定した状態で支持することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の水晶振動子について詳細に説明する。
【００１４】
図１及び図２は本発明の第１実施形態の水晶振動子４０をセラミックケース１内に搭載したときの状態を示したものである。この水晶振動子４０は、ラーメモード振動を伴うもので、Ｘ軸（電気軸），Ｙ軸（機械軸），Ｚ軸（光軸）の各結晶軸を有する水晶原石のＸ軸を中心にＹ軸をＺ軸に向けて３６°〜４２°の範囲で傾斜させたＹ’軸からなるＸＹ’平面で切り出された水晶基板であって、この水晶基板をさらにＸＹ’平面内で４５°回転して切り出されたＬＱ２Ｔカット水晶基板をベースにして形成される。
【００１５】
この水晶振動子４０は、図２に示したように、四隅に振動の節点４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄを有する長方形状の振動本体部４１と、一方の節点４２ａ，４２ｂからリング状に延びる接続部４３と、他方の節点４２ｃ，４２ｄから同じくリング状に延びる接続部４４と、これら接続部４３，４４の略中間部から突出した一対の端子電極部４５，４６とを備えた構造となっている。
【００１６】
前記振動本体部４１は、長方形状の水晶基板の表面及び裏面に（３，１）次のラーメモード振動を生じさせる励振電極が形成される。この励振電極は、図２に示されるように、表面に正方形状の３面の小励振電極（５ａ，６ｂ，７ａ）、裏面に３面の小励振電極（５ｂ，６ａ，７ｂ）が形成され、水晶基板を挟んだ表面と裏面及び同一平面上で隣接する小励振電極間に逆位相の電圧が印加されるように、交互に配設形成される。なお、表面と裏面の小励振電極同士は水晶基板の側面に形成された回し込み電極部４７によって導通接続される。
【００１７】
前記一方の接続部４３は、節点４２ａ，４２ｂからそれぞれ略４５度の角度で外方向に延びる引出部４３ｃ，４３ｄと、この引出部４３ｃ，４３ｄの先に位置し、略４５度の角度で折れ曲がる屈曲部４３ａ，４３ｂと、この屈曲部４３ａ，４３ｂを直線状に結ぶ支持部４３ｅとで一体形成されている。また、他方の接続部４４は、前記節点４２ｃ，４２ｄからそれぞれ略４５度の角度で外方向に延びる引出部４４ｃ，４４ｄと、この引出部４４ｃ，４４ｄの先に位置し、略４５度の角度で折れ曲がる屈曲部４４ａ，４４ｂと、この屈曲部４４ａ，４４ｂを直線状に結ぶ支持部４４ｅとで一体形成されている。なお、前記接続部４３，４４の表面及び裏面は前記励振電極と同じ導電部材で形成された電極部を構成し、形状は振動本体部４１を挟んだ左右対称形になっている。
【００１８】
前記端子電極部４５，４６は、前記支持部４３ｅ，４４ｅの略中間点から外方向に一定幅突出して形成される。この端子電極部４５，４６は、図に示したように、セラミックケース１内に設けられている一対の端子電極台２に半田や導電性接着剤で固定することによって、前記振動本体部４１を接続部４３，４４と共に支持する。
【００１９】
上記構成の水晶振動子４０は、前記一対の端子電極台２に逆位相の電圧を印加することで、端子電極部４５，４６及び接続部４３，４４を介して振動本体部４１内に配列形成されている小励振電極を交互に励起させることによってラーメモードの振動が生じる。
【００２０】
このように、前記振動本体部４１の節点４２ａ〜４２ｄが導電性を備えた長い接続部４３，４４で支持されているため、振動に対する抵抗力が減少し、それに伴って等価直列抵抗値を低減化させて、より良好なラーメモード振動特性を得ることができる。また、前記接続部４３，４４が長く延びている分、熱による歪みを緩和できるため、広い温度範囲で安定した振動子特性を得ることが可能となる。
【００２１】
次に、前述したような接続部を有する水晶振動子の他の実施形態を図３〜図１４に示す。ここで、図３〜図７は、前記図１及び図２で示した水晶振動子４０と同様に、長方形状の振動本体部の長側面近傍に端子電極部を有するタイプのもので、図８〜図１３は、前記振動本体部の短側面近傍に端子電極部を有するタイプのものである。以下に示す実施形態はいずれも振動本体部の構造については、前記図１及び図２に示したものと同様であるので、振動本体部の詳細は省略して接続部を中心にして説明する。
【００２２】
図３に示す第２実施形態の水晶振動子５０の接続部５３，５４は、各節点５２ａ〜５２ｄから振動本体部５１の長側面に沿って外方向に延びる引出部５３ｃ，５３ｄ，５４ｃ，５４ｄと、この引出部を逆方向に折り返すＵ字状の屈曲部５３ａ，５３ｂ，５４ａ，５４ｂと、この屈曲部の端部同士を結び、振動本体部５１の長側面に沿ってまっすぐ延びる支持部５３ｅ，５４ｅとで一体形成されている。接続部５３，５４をこのような形に形成することによって、前記支持部５３ｅ，５４ｅと振動本体部５１との隙間を小さく設定することができ、前記第１実施形態の水晶振動子４０に備える接続部４３，４４と略同じ長さでありながら全体として横幅方向の縮小化が図られる。
【００２３】
図４に示す第３実施形態の水晶振動子６０の接続部６３，６４は、各節点６２ａ〜６２ｄから振動本体部６１の短側面に沿って外方向に延びる引出部６３ｃ，６３ｄ，６４ｃ，６４ｄと、この引出部の先端を略９０度の角度で折り返すＬ字状の屈曲部６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂと、この屈曲部の端部同士を結び、振動本体部６１の長側面に沿ってまっすぐ延びる支持部６３ｅ，６４ｅとで一体形成されている。このような形状にすることによって、前記第２実施形態の水晶振動子５０とは反対に振動本体部６１の長手方向のスペースを縮小することができる。
【００２４】
図５に示す第４実施形態の水晶振動子７０の接続部７３，７４は、各節点７２ａ〜７２ｄから振動本体部７１の短側面に沿って外方向に延びる引出部７３ｃ，７３ｄ，７４ｃ，７４ｄと、この引出部の先端から振動本体部７１の長側面に沿って蛇腹状に何重にも屈曲する支持部７３ｅ，７４ｅとで一体形成されている。この実施形態によれば、全体スペースを拡張することなく、長い接続部７３，７４を振動本体部７１の近傍に寄せて形成することができる。
【００２５】
図６及び図７に示す水晶振動子８０，９０は、接続部（８３，８４，９３，９４）を長く形成すると共に、この接続部が繋がる支持部（８３ｅ，８４ｅ，９３ｅ，９４ｅ）を振動本体部（８１，９１）の長側面に沿って大きく形成して安定性を高めたものである。第５実施形態の水晶振動子８０の接続部８３，８４は、各節点８２ａ〜８２ｄから振動本体部８１の長側面に沿って外方向に延びる引出部８３ｃ，８３ｄ，８４ｃ，８４ｄと、この引出部から振動本体部８１の短側面に沿って折れ曲がるＵ字状の屈曲部８３ａ，８３ｂ，８４ａ，８４ｂと、屈曲部の先端から振動本体部８１の長側面に沿って設けられる支持部８３ｅ，８４ｅとで一体形成されている。なお、前記支持部８３ｅ，８４ｅは電圧を印加する端子電極部を兼ねている。
【００２６】
図７に示される第６実施形態の水晶振動子９０は、前記図６で示した第６実施形態の水晶振動子８０の接続部８３，８４をより長く形成するために、引出部９３ｃ，９３ｄ，９４ｃ，９４ｄを振動本体部９１の短側面に沿って外方向に大きく突出させ、この引出部から支持部９３ｅ，９４ｅに掛けて屈曲部９３ａ，９３ｂ，９４ａ，９４ｂをＳ字状にして接続部９３，９４を形成したものである。
【００２７】
次に、図８に示す第７実施形態の水晶振動子１００の接続部１０３，１０４は、各節点１０２ａ〜１０２ｄから外方向に略４５度の角度で延びる引出部１０３ｃ，１０３ｄ，１０４ｃ，１０４ｄと、この引出部を再度略４５度の角度で折り返すＶ字状の屈曲部１０３ａ，１０３ｂ，１０４ａ，１０４ｂと、この屈曲部の端部同士を結び、振動本体部１０１の短側面に沿って設けられる支持部１０３ｅ，１０４ｅとで一体形成されている。なお、端子電極部１０５，１０６は前記支持部１０３ｅ，１０４ｅの略中間部に設けられ、この端子電極部によって、前記振動本体部１０１をその短側面の前後で両支持される。
【００２８】
図９に示す第８実施形態の水晶振動子１１０の接続部１１３，１１４は、各節点１１２ａ〜１１２ｄから振動本体部１１１の短側面に沿って外方向に延びる引出部１１３ｃ，１１３ｄ，１１４ｃ，１１４ｄと、この引出部の先端から逆方向に折り返すＵ字状の屈曲部１１３ａ，１１３ｂ，１１４ａ，１１４ｂと、この屈曲部の端部同士を結び、振動本体部１１１の短側面と平行に延びる支持部１１３ｅ，１１４ｅとで一体形成され、この支持部１１３ｅ，１１４ｅの略中間部から端子電極部１１５，１１６が設けられている。
【００２９】
図１０に示す第９実施形態の水晶振動子１２０の接続部１２３，１２４は、各節点１２２ａ〜１２２ｄから振動本体部１２１の長側面に沿って真っ直ぐ外方向に延びる引出部１２３ｃ，１２３ｄ，１２４ｃ，１２４ｄと、この引出部の先端を略９０度の角度で折り返すＬ字状の屈曲部１２３ａ，１２３ｂ，１２４ａ，１２４ｂと、この屈曲部の端部同士を結び、振動本体部１２１の短側面に沿った支持部１２３ｅ，１２４ｅとで一体形成され、この支持部１２３ｅ，１２４ｅの略中間部に端子電極部１２５，１２６を一体形成している。
【００３０】
図１１に示す第１０実施形態の水晶振動子１３０は、振動本体部１３１を各節点１３２ａ〜１３２ｄから大きくＳ字状に屈曲させた屈曲部１３３ａ，１３３ｂ，１３４ａ，１３４ｂを有する接続部１３３，１３４を介して支持する構造になっている。
【００３１】
図１２及び図１３に示す水晶振動子（１４０，１５０）は、接続部（１４３，１４４，１５３，１５４）を長く形成すると共に、この接続部が繋がる支持部（１４３ｅ，１４４ｅ，１５３ｅ，１５４ｅ）を振動本体部（１４１，１５１）の短側面の前後に大きく形成して安定性を高めたものである。第１１実施形態の水晶振動子１４０の接続部１４３，１４４は、各節点１４２ａ〜１４２ｄから振動本体部１４１の短側面に沿って外方向に延びる引出部１４３ｃ，１４３ｄ，１４４ｃ，１４４ｄと、この引出部から略９０度の角度で前記振動本体部１４１の長側面にＵ字状に折れ曲がる屈曲部１４３ａ，１４３ｂ，１４４ａ，１４４ｂと、支持部１４３ｅ，１４４ｅとで一体形成されている。これによって、前記振動本体部１４１がその長手方向の前後に有する接続部１４３，１４４によって、両支持されることになる。
【００３２】
前記図１３に示した第１２実施形態の水晶振動子１５０は、前記第１１実施形態で示した水晶振動子１４０の接続部１４３，１４４をより長く形成するために、引出部１５３ｃ，１５３ｄ，１５４ｃ，１５４ｄを振動本体部１５１の長側面に沿って外方向に真っ直ぐ突出させ、この引出部から支持部（１５３ｅ，１５４ｅ）に掛けて大きな弧を描くようにして、Ｓ字状の屈曲部１５３ａ，１５３ｂ，１５４ａ，１５４ｂを設けたものである。
【００３３】
最後に、図１４に示す第１３実施形態の水晶振動子１６０は、振動本体部１６１の四隅に位置する振動の節点１６２ａ〜１６２ｄから放射状に延びる直線状の接続部１６３ａ〜１６３ｄを介して、その周囲を囲むフレーム部１６４に接続させて一体形成されたものであるが、前記振動本体部１６１の節点箇所を斜めに切り欠くと共に、フレーム部１６４に繋がる部分を切り込んで形成したものである。これによって、前記接続部１６３ａ〜１６３ｄを長くすることができるため、従来形状の水晶振動子に比べて等価直列抵抗値の低減効果が得られる。
【００３４】
なお、上記実施形態は振動本体部が（３，１）次のラーメモード振動を伴う水晶振動子であったが、このような（３，１）次に限定されず（３，３）次のようなより高次の振動本体部を備えた水晶振動子においても、上記実施形態で示したような形状の接続部を備えることで、等価直列抵抗値を低減させた良好なラーメモード振動を得ることができる。また、上記実施形態で示した各水晶振動子は、形状が複雑であるため、微細加工が可能なパウダービーム法によって、水晶基板から振動本体部と接続部を打ち抜き加工して形成される。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る水晶振動子によれば、振動本体部をその端部に位置する振動の節点で支持すると共に、電圧の供給ラインとなる接続部が端子電極部に向かって長く延ばして形成されているので、振動本体部内で発生するラーメモード振動に対する抵抗力が減少し、それに伴って等価直列抵抗が減少して振動子の電気的特性の向上を図ることができる。また、水晶振動子とセラミックケースとの熱膨張係数の差から温度変化によって熱歪みが生じた場合、この歪みを緩和することができる。このため、広い温度範囲において、安定した振動子特性を得ることができる。
【００３６】
また、前記接続部に屈曲部を設けることで、振動本体部の節点から引き出された接続部をこの振動本体部の近傍に設けた端子電極部に向けて所定形状に長く延ばして形成することができる。このように、前記端子電極部が振動本体部の近傍に形成され、この端子電極部に向かう接続部が振動本体部の外周上で屈曲させて長く形成されているので、水晶振動子全体のサイズの拡張を抑えて小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態の水晶振動子をセラミックケースに搭載したときの斜視図である。
【図２】上記水晶振動子の平面図である。
【図３】本発明の水晶振動子の第２実施形態を示す平面図である。
【図４】本発明の水晶振動子の第３実施形態を示す平面図である。
【図５】本発明の水晶振動子の第４実施形態を示す平面図である。
【図６】本発明の水晶振動子の第５実施形態を示す平面図である。
【図７】本発明の水晶振動子の第６実施形態を示す平面図である。
【図８】本発明の水晶振動子の第７実施形態を示す平面図である。
【図９】本発明の水晶振動子の第８実施形態を示す平面図である。
【図１０】本発明の水晶振動子の第９実施形態を示す平面図である。
【図１１】本発明の水晶振動子の第１０実施形態を示す平面図である。
【図１２】本発明の水晶振動子の第１１実施形態を示す平面図である。
【図１３】本発明の水晶振動子の第１２実施形態を示す平面図である。
【図１４】本発明の水晶振動子の第１３実施形態を示す平面図である。
【図１５】従来のラーメモード振動を伴う水晶振動子の平面図である。
【図１６】接続部の幅を細く形成した従来の水晶振動子の平面図である。
【図１７】接続部を長く形成した従来の水晶振動子の平面図である。
【符号の説明】
４０水晶振動子
４１振動本体部
４３，４４接続部
４３ａ，４３ｂ屈曲部
４４ａ，４４ｂ屈曲部
４３ｃ，４３ｄ引出部
４４ｃ，４４ｄ引出部
４３ｅ，４３ｅ支持部
４５，４６端子電極部

Claims

表面及び裏面に励振電極が形成され、振動の節点を四隅に有する四角形状の振動本体部と、
この振動本体部の左右の側辺又は上下の側辺に沿って延設され、その両端が前記節点に連結される接続部と、
この接続部の略中央部に設けられる端子電極部とを備え、
この端子電極部によって前記振動本体部を支持することを特徴とする水晶振動子。
前記接続部は、少なくともその一部に屈曲部を有している請求項１記載の水晶振動子。
前記屈曲部が蛇腹状に形成されている請求項２記載の水晶振動子。
前記接続部は、左右対称形又は上下対称形に形成されている請求項１記載の水晶振動子。