JP6111539B2 - 水晶振動子 - Google Patents

Description

本発明は、水晶振動子に関する。

従来、発振器などに水晶振動子が広く用いられている。水晶振動子の一例として、例えば、特許文献１に、音叉型水晶振動子が記載されている。通常、音叉型水晶振動子では、横断面矩形状の２本の振動細棒のそれぞれにおいて、第１及び第２の主面の上に第１の電極が設けられており、第１及び第２の側面の上に第２の電極が設けられている。しかしながら、このような電極構造を有する音叉型水晶振動子では、小型化すると、静電容量が小さくなり、ＣＩ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）値が高くなるという問題がある。

このような問題に鑑み、特許文献１では、音叉型水晶振動子の２本の振動細棒のそれぞれに溝が設けられており、溝の内壁上と、振動細棒の側壁上とに電極が設けられている、音叉型水晶振動子が提案されている。このような構造を有する音叉型水晶振動子では、小型化しても、静電容量が大きく、ＣＩ値が低い。

ＷＯ００／４４０９２ Ａ１号公報

しかしながら、特許文献１に記載のように、振動細棒に溝が設けられている場合は、振動細棒の強度が低くなる。このため、音叉型水晶振動子を小型化すべく、振動細棒を細くした場合には、振動細棒の強度が低くなりすぎる場合がある。従って、音叉型水晶振動子を小型化することが困難である。

本発明の主な目的は、ＣＩ値が低く、小型化し得る音叉型水晶振動子を提供することである。

本発明に係る水晶振動子は、基部と、複数のアーム部とを有する。アーム部は、基部から延びている。アーム部は、第１の水晶板と、第２の水晶板と、電極とを備える。第１の水晶板は、結晶軸方向のｘ軸方向が第一の軸方向である。第２の水晶板は、第１の水晶板に対して第一の軸方向の一方側に配されている。第２の水晶板は、第１の水晶板と接合されている。第２の水晶板は、結晶軸方向のｘ軸方向が第一の軸方向である。電極は、第１及び第２の水晶板に電界を印加する。第１及び第２の水晶板と電極とが、第１の水晶板の結晶軸方向のｘ軸の極性の方向に対する第１の水晶板に印加される電界の方向と、第２の水晶板の結晶軸方向のｘ軸の極性の方向に対する第２の水晶板に印加される電界の方向とが逆方向となるように構成されている。

本発明に係る水晶振動子のある特定の局面では、第１の水晶板の結晶軸方向の＋ｘ側方向は、第一の軸方向の一方側方向である。第２の水晶板の結晶軸方向の＋ｘ側方向は、第一の軸方向の一方側方向である。第一の軸方向において、第１の水晶板と第２の水晶板とに逆方向の電界が印加されるように電極が構成されている。

本発明に係る水晶振動子の別の特定の局面では、第１の水晶板の結晶軸方向の＋ｘ側方向は、第一の軸方向の一方側方向である。第２の水晶板の結晶軸方向の＋ｘ側方向は、第一の軸方向の他方側方向である。第一の軸方向において、第１の水晶板と第２の水晶板とに同じ方向の電界が印加されるように電極が構成されている。

本発明に係る水晶振動子の他の特定の局面では、電極は、第１の電極と、第２の電極とを有する。第１の電極は、第１の水晶板の第２の水晶板が接合されている側とは反対側の表面上に設けられている。第２の電極は、第２の水晶板の第１の水晶板が接合されている側とは反対側の表面上に設けられている。

本発明に係る水晶振動子のさらに他の特定の局面では、電極は、第１の水晶板と第２の水晶板との間に設けられた第３の電極をさらに有する。

本発明に係る水晶振動子のさらに別の特定の局面では、水晶振動子は、第１の水晶板と第２の水晶板との間に設けられた第３の水晶板をさらに備える。第１の水晶板と第２の水晶板とは、第３の水晶板を介して接合されている。

本発明に係る水晶振動子のまた他の特定の局面では、水晶板が、水晶のＸ板により構成されている。

本発明によれば、ＣＩ値が低く、小型化し得る音叉型水晶振動子を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る音叉型水晶振動子の模式的斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る音叉型水晶振動子におけるアーム部の略図的横断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る音叉型水晶振動子におけるアーム部の略図的横断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る音叉型水晶振動子におけるアーム部の略図的横断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る音叉型水晶振動子の模式的斜視図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る音叉型水晶振動子１の模式的斜視図である。図１には、直交座標系のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を付記している。なお、図１においては、後に詳述する第１，第２，第３の電極３１，３２，３３の描画を省略している。

図１に示されるように、音叉型水晶振動子１は、基部１０と、複数のアーム部１１とを有する。基部１０は、ｙ−ｚ平面に沿って延びる。すなわち、基部１０の主面は、ｙ−ｚ平面と平行である。アーム部１１は、基部１０から延びている。複数のアーム部１１は、後に詳述するように、電界印加時において、ｘ−ｙ平面に沿って屈曲振動する。このため、音叉型水晶振動子１は、奇数本のアーム部１１を有していることが好ましい。

基部１０と複数のアーム部１１とは、第１の水晶板２１と、第２の水晶板２２とにより構成されている。第１の水晶板２１と第２の水晶板２２とは、水晶のＸ板により構成されている。このため、第１の水晶板２１と第２の水晶板２２のｚ面は、ｘ−ｙ平面と平行である。第２の水晶板２２は、第１の水晶板２１に対してｘ軸方向のｘ２側に配されている。第２の水晶板２２のｘ１側の主面は、第１の水晶板２１のｘ２側の主面と直接または間接的に接合されている。第１の水晶板２１は、基部１０と複数のアーム部１１とのｘ１側の部分を構成している。第２の水晶板２２は、基部１０と複数のアーム部１１とのｘ２側の部分を構成している。このため、基部１０も、互いに接合された第１の水晶板２１と第２の水晶板２２とにより構成されているし、複数のアーム部１１のそれぞれも、互いに接合された第１の水晶板２１と第２の水晶板２２とにより構成されている。

図２は、本実施形態に係る音叉型水晶振動子１におけるアーム部１１の略図的横断面図である。図２に示されるように、複数のアーム部１１のそれぞれには、第１，第２，第３の電極３１，３２，３３が設けられている。第１，第２，第３の電極３１，３２，３３により、第１及び第２の水晶板２１，２２に電界が印加される。

本実施形態では、第１及び第２の水晶板２１，２２の結晶軸方向のｘ軸方向は、直交座標系のｘ軸方向である。そして、第１及び第２の水晶板２１，２２の結晶軸方向の＋ｘ側方向は、直交座標系のｘ１側方向である。第１及び第２の水晶板２１，２２の結晶軸方向の−ｘ側方向は、直交座標系のｘ２側方向である。すなわち、第１の水晶板２１と第２の水晶板２２とは、結晶軸方向のｘ軸方向が同じ方向である。また、第１及び第２の水晶板２１，２２の結晶軸方向のｙ軸方向は直交座標系のｙ軸方向であり、第１及び第２の水晶板２１，２２の結晶軸方向のｚ軸方向は直交座標系のｚ軸方向である。

第１，第２，第３の電極３１，３２，３３と第１及び第２の水晶板２１，２２とは、第１の水晶板２１の結晶軸方向のｘ軸の極性の方向に対する、第１の電極３１と第３の電極３３とにより第１の水晶板２１に印加される電界の方向と、第２の水晶板２２の結晶軸方向のｘ軸の極性の方向に対する、第２の電極３２と第３の電極３３とにより第２の水晶板２２に印加される電界の方向とが逆方向となるように構成されている。

第１，第２，第３の電極３１，３２，３３は、ｘ軸方向において、第１の水晶板２１と、第２の水晶板２２とに逆方向の電界が印加されるように構成されている。より具体的には、第１の電極３１は、第１の水晶板２１の第２の水晶板２２が接合されている側とは反対側の表面上に設けられている。第２の電極３２は、第２の水晶板２２の第１の水晶板２１が接合されている側とは反対側の表面上に設けられている。第３の電極３３は、第１の水晶板２１と第２の水晶板２２との間に設けられている。すなわち、第１の水晶板２１と第２の水晶板２２とは、第３の電極３３を介して間接的に接合されている。第１の電極３１が第３の電極３３に対して正電位になったときに第２の電極３２が第３の電極３３に対して正電位になり、第１の電極３１が第３の電極３３に対して負電位になったときに第２の電極３２が第３の電極３３に対して負電位になるように、第１，第２，第３の電極３１，３２，３３に電界が印加される。

また、例えば、第１及び第２の水晶板２１，２２と、第１，第２，第３の電極３１，３２，３３とは、以下のように構成されていてもよい。第１の水晶板２１の結晶軸方向の＋ｘ側方向は、直交座標系のｘ１側方向である。第１の水晶板２１の結晶軸方向の−ｘ側方向は、直交座標系のｘ２側方向である。第２の水晶板２２の結晶軸方向の＋ｘ側方向は、直交座標系のｘ２側方向である。第２の水晶板２２の結晶軸方向の−ｘ側方向は、直交座標系のｘ１側方向である。すなわち、第１の水晶板２１と第２の水晶板２２とでは、結晶軸方向の＋ｘ側方向及び−ｘ側方向が互いに逆方向となっていてもよい。その場合は、第１，第２，第３の電極３１〜３３は、直交座標系のｘ軸方向において第１の水晶板２１と第２の水晶板２２とに同じ方向の電界が印加されるように構成されていることが好ましい。第１の電極３１が第３の電極３３に対して正電位になったときに第２の電極３２が第３の電極３３に対して負電位になり、第１の電極３１が第３の電極３３に対して負電位になったときに第２の電極３２が第３の電極３３に対して正電位になる。

以上のような場合には、複数のアーム部１１がｘ−ｙ平面に沿って屈曲振動する。なお、本実施形態では、音叉型水晶振動子１は、直交座標系のｚ軸方向において隣り合うアーム部１１同士で振動の方向が逆方向となるように、逆方向の電界が印加されるように構成されている。従って、アーム部１１の本数は奇数であることが好ましい。

以上説明したように、本実施形態では、第１の水晶板２１と第２の水晶板２２とが接合されることにより複数のアーム部１１が構成されているため、例えば、アーム部に溝等を設けなくとも、電極間の距離を短くすることができる。このため、音叉型水晶振動子１は、小型化しても、静電容量が大きく、ＣＩ値が低い。

なお、特許文献１に記載の音叉型水晶振動子では、水晶板に印加される電界の方向が水晶板の結晶軸方向に対して傾斜する。それに対して、本実施形態では、第１及び第２の水晶板２１，２２に印加される電界の方向が第１及び第２の水晶板２１，２２の結晶軸方向に対して平行となる。従って、励振効率をより高くすることができる。

本実施形態では、アーム部１１に溝を設ける必要がないため、アーム部１１の強度が比較的高い。よって、音叉型水晶振動子１を小型化すべく、アーム部１１を細くしても、アーム部１１は十分な強度を有する。従って、音叉型水晶振動子１は容易に小型化することができる。

本実施形態では、アーム部１１に溝を設ける必要がないため、音叉型水晶振動子１は、製造が容易である。

第１及び第２の水晶板２１，２２の種類は特に限定されないが、第１及び第２の水晶板２１，２２は、Ｘカット水晶板により構成されていることが好ましい。この構成では、アーム部１１が水晶板のＺ面に沿って屈曲振動する。この場合、共振周波数温度特性の１次温度係数が０になる。従って、温度変化に伴う特性変化が小さな音叉型水晶振動子１を実現することができる。

なお、第１の実施形態では、第１の水晶板２１と第２の水晶板２２とが第３の電極３３を介して間接的に接合されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。図３は、本発明の第２の実施形態に係る音叉型水晶振動子におけるアーム部１１の略図的横断面図である。図３に示すように、第１の水晶板２１と第２の水晶板２２とは直接接合されていてもよい。この場合、第１及び第２の水晶板２１，２２の振動を拘束する第３の電極３３が存在しないため、励振効率をより高くすることができる。

図４は、本発明の第３の実施形態に係る音叉型水晶振動子におけるアーム部１１の略図的横断面図である。図４に示すように、第１の水晶板２１と第２の水晶板２２との間に第３の水晶板２３が設けられており、第１の水晶板２１と第２の水晶板２２とが第３の水晶板２３及び電極３３を介して接合されていてもよい。この場合、第３の水晶板２３の結晶軸方向の＋ｘ側方向及び−ｘ側方向は特に限定されない。

第１の実施形態では、アーム部１１において、第１の水晶板２１と第２の水晶板２２とが厚み方向に積層されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。図５は、本発明の第４の実施形態に係る音叉型水晶振動子の模式的斜視図である。図５に示すように、アーム部１１において、第１の水晶板２１と第２の水晶板２２とは、幅方向に積層されていてもよい。この場合は、アーム部１１が偶数本設けられていることが好ましい。

１…音叉型水晶振動子
１０…基部
１１…アーム部
２１…第１の水晶板
２２…第２の水晶板
２３…第３の水晶板
３１…第１の電極
３２…第２の電極
３３…第３の電極

Claims (4)

1. 基部と、
   前記基部から延びている、複数のアーム部と、
   を有し、
   前記アーム部は、
   結晶軸方向のｘ軸方向が第一の軸方向である第１の水晶板と、
   前記第１の水晶板に対して前記第一の軸方向の一方側に配されており、前記第１の水晶板と接合された、結晶軸方向のｘ軸方向が前記第一の軸方向である第２の水晶板と、
   前記第１及び第２の水晶板に電界を印加するための第１〜第３の電極と、
   を備え、
   前記第１の電極は、前記第１の水晶板の前記第２の水晶板が接合されている側と反対側の表面上に設けられており、前記第２の電極は、前記第２の水晶板の前記第１の水晶板が接合されている側とは反対側の表面上に設けられており、前記第３の電極は、前記第１の水晶板と前記第２の水晶板との間に設けられており、
   前記第１の水晶板における結晶軸方向のｘ軸方向と、前記第２の水晶板の結晶軸方向のｘ軸方向とが同方向であり、
   前記第１及び第２の水晶板と前記電極とが、前記第１の水晶板の結晶軸方向のｘ軸方向に対する前記第１の水晶板に印加される電界の方向と、前記第２の水晶板の結晶軸方向のｘ軸方向に対する前記第２の水晶板に印加される電界の方向とが逆方向となるように構成
   されている、水晶振動子。
2. 基部と、
   前記基部から延びている、複数のアーム部と、
   を有し、
   前記アーム部は、
   結晶軸方向のｘ軸方向が第一の軸方向である第１の水晶板と、
   前記第１の水晶板に対して前記第一の軸方向の一方側に配されており、前記第１の水晶板と接合された、結晶軸方向のｘ軸方向が前記第一の軸方向である第２の水晶板と、
   前記第１及び第２の水晶板に電界を印加するための第１及び第２の電極と、
   を備え、
   前記第１の電極は、前記第１の水晶板の前記第２の水晶板が接合されている側とは反対側の表面上に設けられており、前記第２の電極は、前記第２の水晶板の前記第１の水晶板が接合されている側とは反対側の表面上に設けられており、
   前記第１の水晶板における結晶軸方向のｘ軸方向と、前記第２の水晶板の結晶軸方向のｘ軸方向とが逆方向であり、
   前記第１及び第２の水晶板と前記電極とが、前記第１の水晶板の結晶軸方向のｘ軸方向に対する前記第１の水晶板に印加される電界の方向と、前記第２の水晶板の結晶軸方向のｘ軸方向に対する前記第２の水晶板に印加される電界の方向とが逆方向となるように構成されている、水晶振動子。
3. 基部と、
   前記基部から延びている、複数のアーム部と、
   を有し、
   前記アーム部は、
   結晶軸方向のｘ軸方向が第一の軸方向である第１の水晶板と、
   前記第１の水晶板に対して前記第一の軸方向の一方側に配されており、結晶軸方向のｘ軸方向が前記第一の軸方向である第２の水晶板と、
   前記第１の水晶板と前記第２の水晶板との間に設けられた第３の水晶板と、
   前記第１及び第２の水晶板に電界を印加するための第１，第２の電極及び一対の第３の電極と、
   を備え、
   前記第１の電極は、前記第１の水晶板の前記第３の水晶板が設けられている側とは反対側の表面上に設けられており、前記第２の電極は、前記第２の水晶板の前記第３の水晶板が設けられている側とは反対側の表面上に設けられており、前記一対の第３の電極のうち一方の前記第３の電極は、前記第１の水晶板と前記第３の水晶板との間に設けられており、前記一対の第３の電極のうちの他方の前記第３の電極は、前記第３の水晶板と前記第２の水晶板との間に設けられており、
   前記第１の水晶板における結晶軸方向のｘ軸方向と、前記第２の水晶板の結晶軸方向のｘ軸方向とが同方向であり、
   前記第１及び第２の水晶板と前記第１，第２の電極及び前記一対の第３の電極とが、前記第１の水晶板の結晶軸方向のｘ軸方向に対する前記第１の水晶板に印加される電界の方向と、前記第２の水晶板の結晶軸方向のｘ軸方向に対する前記第２の水晶板に印加される電界の方向とが逆方向となるように構成されている、水晶振動子。
4. 前記水晶板が、水晶のＸ板により構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の水晶振動子。

Images