JPS5950129B2 - 水晶振動板の保持装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水晶振動子の耐衝撃性を改善するための水晶
振動板の保持装置に関する。

従来、水晶振動板の保持装置は、ワイヤスプリングをス
パイラル状に加工して水晶振動板のエツジ部をはさんで
保持するか、または水晶振動板をクリップする、いわゆ
るリボンマウントによるものが一般的であり、これらの
保持装置は大略２〜３Ｍ＆から石数１０Ｍ）ｈの水晶振
動板に用いられている。

これらの周波数域では、水晶振動板は円形、矩形、その
他各種形状のものが用いられており、その保持手段は２
点支持によるものが多く、水晶振動板を対向する２点で
ボンデングセメントを用いて導通及び接着を行っている
のが通例であった。

このようなワイヤスプリングマウント及びリボンマウン
トのいずれにおいても、振動及び衝撃に対する強度は一
般的に低く、そのため水晶振動板が破損するという致命
欠陥をしばしば経験するところである。

この不良要因は大別すると、保持手段の不適当なことと
、水晶振動板に保持以前の工程で、ひび、われ、かけ、
きす等が生じているという２つの原因によるところが多
い。

しかし、水晶振動板そのものが物理的、機械的にきす、
かけ等が存在しない完全なものであっても、保持装置が
適正でないと、耐振、耐衝撃性は改善されない。

最近に至り、水晶振動子に要求される環境条件、特に衝
撃試験条件が厳しくなり、高い信頼度が必要になってき
ている。

本発明はこれらの要求に対応して、耐衝撃性を改善する
と同時に電気的接続において、各電極よりの導入電極（
タブ）を並列接続することによつ信頼性の面で冗長性を
持った、信頼性の高い水晶振動板の保持装置を提案する
ものである。

水晶振動板の従来の保持装置を第１図に示す。

同図において、ハーメチックベース１に各１端を固定し
た２本のワイヤスプリング２ａ、２ｂの他端をそれぞれ
捲回し、これによって水晶振動板３をはさみ保持すると
共に、水晶振動板３の電極４に接続されるようになされ
ている。

この場合、保持具を構成するハーメチックベース１を振
動試験台上に固定し、水晶振動板３及び電極４に直角な
方向に振動を加えると、ワイヤスプリング２ａ、２ｂが
片持バリとなって第２図ａ及びｂに示す２つのモードで
機械共振が発生する。

同図ａの機械共振周波数は通常１００〜２００Ｈｚ付近
に存在している。

また、同図すの場合は水晶振動板が首を振るような形で
振動し、その機械共振周波数はａの場合よりも高く、数
１００比付近にある。

この場合、機械共振周波数はワイヤスプリング２ａ、２
ｂの線径、長さ及びバネ定数ならびに水晶振動板３の質
量等によって決まるが、一般に、空気抵抗を受ける片持
バリの共振周波数は次式で表わされ、ワイヤスプリング
のバネ定数にと水晶振動板の質量ｍとの平方根の関係に
ある。

ここに、Ｒ：マウント材のバネ定数、ｍ：質量、Ｒ：空
気抵抗である。

この関係は、リボンマウントの場合も近似である。

ただしリボンマウントの場合は一般に共振周波数が高く
なることが特徴であるが、耐衝撃性はむしろリボンマウ
ントの方が弱い。

これは、リボンクリップの部分が導体薄片が保持する水
晶振動板面に平行な方向では柔軟であるが、直角方向で
は硬いという方向性を有しているためであり、第２図す
の共振モードで振動し、水晶振動板が破壊するケースが
多い。

これに対し、ワイヤマウントの場合はワイヤスプリング
に方向性がなく、かつ柔軟であるため、衝撃を吸収、緩
和するショックアブソーバ−の作用を行なうことによる
と思われる。

しかし、柔軟性を持たせるため、すなわち上記（１）式
におけるバネ定数ｋを小さくすると、機械共振周波数が
低くなると同時に水晶振動板の振幅が大きくなって、容
器の内壁に対してハンマーリングを生じ、このため水晶
振動板が破壊するおそれが多くなる。

本発明は、従来の２点支持による耐衝撃性を改善するた
めに、水晶振動板が、板面に平行な外部応力に対して周
波数の擾乱が生じないような方位が４点あることに着目
すると同時に、簡単な作業工程で機械強度を十分に保つ
ようにしたものである。

第３図は、本発明に係る４点支持による水晶振動板保持
装置の実施例を示す。

同図において、ハーメチックベース５の端子６ａ、６ｂ
に、糸吐艮い導体薄片を加工した支持片７ａ、７ｂを、
それぞれ下端をスポット溶接等によって取付けである。

支持片７ａ、７ｂは第４図に示す形状のもので、細長い
導体薄片をホトエツチング等によって加工して、上端が
貫通し幅が水晶振動板の厚さよりわずか広いスリット９
を設けると共に、側杖部１０．１１の上下の部分でスリ
ット側に、それぞれ相対した突出部１２，１３および１
４，１５によりスリット幅を水晶振動板の厚さより小と
した縮小部１６．１７を形成したものである。

なお、支持片の下端１８は上記ハーメチックベースの端
子６ａ、６ｂへの取付部であり、端子６ａ、６ｂに対応
してそれぞれ取付に便利な適宜の形状とすることができ
る。

また、水晶振動板８は第５図ａ、 ｌ）に示すように
、それぞれ両面の中心部に設けた電極１９，２０と支持
片７ａ、７ｂに電気的接触がなされるように、各電極１
９．２０から周辺部まで、いわゆルタフ（ｔａｂ）
１９ａ、 １９ｂ、 ２０ａ、 ２０ｂが設けら
れている。

なお同図ａは水晶振動板８の、図示の場合は表面の電極
１９を示し、同図すは水晶振動板８の裏面の状態が明ら
かなように、表面の電極１９とタブ１９ａ、１９ｂを除
去して裏面の電極シ０とタブ２０ａ、２０ｂを破線で示
したものである。

すなわち、第３図において水晶振動板８は、支持片７ａ
、７ｂの第４図に示した突出部により形成された縮小部
１６および１７によって保持されると共に、電極１９．
２０はそれぞれタブ１９ａと１９ｂ、２０ａと２０ｂを
介して支持片７ａ、７ｂにそれぞれ２個所で接触するの
みであり、それ以外はいずれにも接触せず、全く自由な
ストレスフリーの状態に保たれている。

換言すれば、水晶振動板８は支持片７ａ、 ７ｂのス
リットに挿入され、下方の突出部１４．１５に載置され
ると共に上部の突出部１２，１３で軽く保持された状態
にしたのち、適宜接着剤等を用いて上記の突出部で接着
されると共に、電極１７．１８はそれぞれ電極ごとにタ
ブを通じて２点で支持片７ａ、７ｂに導電接着剤等を用
いて確実に接続される。

なお第３図および第５図では、水晶振動板の電極１９．
２０から周辺へそれぞれ２個所をタブで延長したが、こ
れはその面積を少なくするためにしたものである。

すなわち、このような電極面積が大きくなると不要モー
ドの結合が生じ、スプリアスが増大するため、このよう
な延長部は面積を極力少なくすることが望ましい。

しかし、必ずしもこのようにせず、まとめて１個の扇形
にして延長することもできる。

ここで、水晶振動板８がＡＴカットのものとすると、対
向する保持点をそれぞれ結ぶ直線Ａ、 ＢとＸ軸（図
示の場合は切除部ＣによりＸ軸方向を示す）とのなす角
ψは約６０°のとき板面に平行な外力に対して水晶振動
板の応力感度が最小となり、よって周波数変動も最小と
なることが知られている。

この場合、支持片７ａ、７ｂの間隔１は水晶振動板の直
径Ｑに対して、 １ ＝０．８７Ｑ となる。

すなわち、支持片の間隔を上記の値とすることにより、
水晶振動板の外部応力による周波数変動を最少とするこ
とができる。

なお上記応力の発生要因は、支持片の内部応力、熱的膨
張、振動、衝撃等による影響によって発生する場合が多
い。

次に、本願の大きな特徴は前述したように、水晶振動板
を全くストレスフリーの状態で保持できる点にある。

従来のワイヤスプリング及びリボンマウントによる支持
装置では、被支持体である水晶振動板をバネの弾力によ
ってはさみ込み、保持すると同時に導電接合を行なって
いる。

このように、水晶振動板は各保持点で固定されるため、
屈曲あるいは圧縮、延伸等の各種の応力が加わる。

しかも、これらの応力は必ずしも一定でなく、時間の経
過と共に変化するため、水晶振動板の周波数特性に経年
変化を生じることは避けられない。

これに対し本発明による保持装置では、水晶振動板はス
トレスフリーの状態で保持されるため、応力変化に伴う
周波数の経年変化を改善する上にきわめて有効なもので
ある。

さらに本発明の他の特徴は、水晶振動板の電極１９．２
０が水晶振動板の中心から周縁部まで延長されて支持片
７ａ、７ｂとそれぞれ２個所で接触し、導電性接着剤等
を用いて完全な接続がなされていることである。

このように、各支持片との接続に冗長性をもたせ、水晶
振動板の電極との接触が不完全になるおそれをなくした
ことにより、信頼性を極めて増大することができる。

なお上記第３図において、支持片に設けたスリット９は
一端すなわち図示の上端が開いた形状のものとしたが、
これは水晶振動板をスリットに挿入する場合、支持片の
上方から容易に挿入しうるように設けたものであり、必
ずしも必要な要件ではない。

すなわち、スリットは両端とも閉じた形状のものとする
こともできる。

次に、本発明の保持装置を用いた水晶振動子の試験結果
を第６図に示す。

同図は本発明の保持装置を用いた水晶振動子の耐衝撃試
験、振動試験及びヒートサイクル試験における周波数変
動特性Ａ、及びクリスタルインピーダンス変動特性Ｂを
示す。

すなわち、落下試験として供試振動板の３軸方向をコン
クリート床上に１ｍの高さから３回落下させ、次に振動
試験として落下試験と同様に水晶振動板の３軸方向に振
動を加え、振幅を異ならせて２回行ない、さらにヒート
サイクル（熱衝撃）試験として、上記の落下、衝撃試験
に続いて１２５℃、１５０℃、１７５℃、２００℃、及
び２２５℃の各温度で１時間づつ放置した場合の周波数
特性Ａを（Δｆｌｆ）ｘｌＯ−６で、またクリスタルイ
ンピーダンスＢは各測定値をΩで、それぞれ示したもの
である。

同図より明らかなように、周波数、クリスタルインピー
ダンスとも微小な変動にとどまり、本発明の保持装置が
きわめて有効なものであることが示される。

このように本発明によるときは、従来のように水晶振動
板を保持点で個宛することなく全く自由な状態で保持す
ると共に、上記保持点で各電極とそれぞれ電極ごとに２
点で電気的に接続することにより信頼性の高い水晶振動
子を得ることができ、その効果は大きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の支持装置の一例を示す正面図、第２図ａ
、 ｔ）は従来の支持装置を用いた場合の水晶振動板
の各振動状態を示す側面図、第３図は本発明の実施例を
示す正面図、第４図は支持片の形状を示す正面図、第５
図ａおよびｂは水晶振動板の表面に電極が設けられた状
態を示す正面図および表面の電極を除去してその裏面に
設けた電極を破線で示した正面図、第６図は本発明の保
持装置を用いた水晶振動子に落下試験、振動試験および
ヒートサイクル試験を施行した場合周波数およびクリス
タルインピーダンスの変化を示す特性図である。 ８・・・・・・水晶振動板、９・・・・・・スリット、
１６，１７・・・・・・縮小部、１９，２０・・・・・
・電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水晶振動板の厚さより大きな幅のスリットを長手方
   向に設けた導体薄片よりなる支持片２本を対向して平行
   に配置し、上記水晶振動板は上記２本の支持片にわたっ
   てスリット内に挿入され、かつ各スリットの両端付近で
   それぞれスリット幅を上記水晶振動板の厚さより狭くし
   た縮少部により他の部分には接触することなく保持、固
   着されたことを特徴とする水晶振動板の保持装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の水晶振動板の保持装置
   において、少なくとも一方の前記支持片は、反取付端が
   前記スリットにより貫通されていることを特徴とする水
   晶振動板の保持装置。 ３ 水晶振動板の厚さより大きな幅のスリットを長手方
   向に設けた導体薄片よりなる支持片２本を対向して平行
   に配置し、上記水晶振動板は上記２本の支持片にわたっ
   てスリット内に挿入され、かつ各スリットの両端付近で
   それぞれスリット幅を上記水晶振動板の厚さより狭くし
   た縮小部により他の部分には接触することなく保持、固
   着され、上記水晶振動板の各面の電極はそれぞれ上記各
   支持片に、各面の電極より複数の袖状導入電極（タブ）
   を設け、上記スリット両端付近の２箇所の縮小部を通じ
   て接続されることを特徴とする水晶振動板の保持装置。 ４ 特許請求の範囲第３項記載の水晶振動板の保持装置
   において、少なくとも一方の前記支持片は、反取付端が
   前記スリットにより貫通されていることを特徴とする水
   晶振動板の保持装置。