JPS6016108Y2 - 音叉型水晶振動子 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は音叉型水晶振動子の支持方法に関する。

本考案の目的は薄い音叉型水晶振動子と支持台との熱膨
張率の違いによる破壊を防ぎ小型で高性能な腕時計用水
晶振動子をつくることにある。

近年、水晶振動子の小型化が進み、これらの水晶振動子
を周波数標準として用いた、いわゆる水晶腕時計が数多
く発表されるようになった。

なかでもフォトエツチング技術を用いてつくられる音叉
型水晶振動子は周波数が低く非常に小型である為、水晶
腕時計の小型化という点で大いに注目される。

以下、図によって説明する。

第１図は、フォトエツチング技術を用いてつくられた従
来の音叉型水晶振動子の概観図である。

振動子１は厚さ数十ミクロンのＮＴカット水晶板からフ
ォトエツチング技術を用いて抜き取られる。

図の２，３は振動子に電界を加えるための電極を示す。

電極２，３はワイヤー４，５をボンディングすることに
よって端子６，７に接続される。

振動子１の裏面の電極９の形状は第２図に示される。

振動子１は裏面電極の一部、第２図の１０で示される部
分によって電極端子を兼ねた固定台８に接着される。

その際、接着剤にはハンダもしくはＡμあるいはＡｇの
共晶ハンダ等が用いられる。

第３図は振動子１の抜きとられる方向を示す図である。

図のαは最初の回転角を、βは２度目の回転角を示し、
それぞれ００〜１０’ 、 ５５°〜７０’の範囲内に
とられる。

電極２，３．９に第４図に示すように電界が加えられる
と振動子１は音叉振動をはじめる。

図では簡単にするため角αを零にしである。

上記の振動子は非常に小型のものが容易に大量生産でき
る。

しかし、第４図に示されたとおり振動子の駆動に役立つ
のは電界１１゜１２の内のＸ軸方向の成分１３，１４だ
んであるので角βが大きくなると動インピーダンスはＣ
Ｏ３２βに反比例して大きくなる。

また、周波数温度特性の零温度係数が得られる温度は角
βが大きいほど高く、β＝７５°で２０℃となり、その
とき動インピーダンスはＩＭΩ以上になる。

従って腕時計用の水晶振動子として必要な零温度係数の
得られる温度が２５℃前後という条件を満たすためには
角βを７５°より大きくしなければならず、動インピー
ダンスは数ＭΩとなり、上記の音叉型水晶振動子を腕時
計に用いることは困難になる。

第５図は電極形状を変えることによって上記の欠点をな
くした本考案に係る薄い音叉型水晶振動子の概略図であ
る。

第６図は振動子の裏側からの概観図である。

振動子１５は第７図に示された水晶板からフォトエツチ
ング技術を用いて抜き取られる。

図の角ｒは切り出し角でＺ板をＸ軸回りに００〜１０°
の範囲内に回転させている。

第５図の１６．１７、第６図の２５．２６はそれぞれ振
動子に電界を加えるための電極である。

振動子１５は裏面電極２５．２６の一部２７，２８によ
って絶縁性物質からなる固定台２４の上面に蒸着、焼結
等によって振動子の電極２７．２８に合わせてつけられ
た金属板１８．１９に接続され、電極１６．２５および
電極１７．２６はワイヤー２０．２１をボンディングす
ることによって、電極端子２２．２３にそれぞれ接続さ
れる。

第８図は電極の配置を示す図である。

電界は図の中の矢印で示されたようにＸ軸に平行に加え
られるため第５図の改良された音叉型水晶振動子の動イ
ンピーダンスは約５０にΩで第１図の振動子と比較して
非常に小さく、周波数温度特性の零温度係数の得られる
温度は角ｒを変えることによって動インピーダンスを変
化させずに２００Ｃ〜４０°Ｃの範囲に自由に変化させ
ることができる。

従って第５図の振動子は性能が良く非常に小型であるの
で腕時計用の水晶振動子として適している。

しかし第５図の２４で示された絶縁性の物質としてガラ
ス、セラミック等熱膨張率の小さい材料を選んだ場合大
部分の振動子が第９図に示されたように割れた。

図の２９は割れた部分を示す。これは接着剤が固まった
時点から常温までの収縮の度合が水晶振動子と固定台と
で異なるために常温においては、熱膨張率の大きい、す
なわち収縮の度合の大きい水晶振動子が熱膨張率の小さ
い、すなわち収縮の度合の小さい固定台に引っ張られる
ことになり、第１０図の矢印３０で示すように、水晶振
動子に引張応力が生じたためである。

例えば固定台として熱膨張率７ ｘｌｏ−７ａｅｇのセ
ラミックを用いた接着剤としてＡｕ−３ｎ共晶ハンダを
用いた場合において、およそ２５に９／ｗ！ｔの応力が
生じ、数十ミクロンの厚さに研磨された水晶板の破壊強
度を越えることになる。

第１０図において１５は水晶振動子、３２は接着剤２４
は支持台を示す。

第１図の水晶振動子においては固定台としてニッケル黄
銅等の水晶と熱膨張率がほぼ等しいかまたはやや大きい
金属が選ばれ、水晶が引張応力よりも圧縮応力に強いた
め、水晶振動子の破損が避けられた。

しかし、圧縮圧力が大きい場合には水晶振動子のエージ
ング特性が悪く、また振動子の落下衝撃時間の周波数シ
フトが大きいことが確認されている。

本考案は上述の欠点を除去し、小型で高性能であり、し
かも安価な水晶振動子を提供するものである。

第１１図は、本考案による水晶振動子を示す。

熱膨張率が水晶振動子の熱膨張率にほぼ等しい絶縁性の
物質を固定台３１の材料として選ぶことによって水晶振
動子の割れをなくすことができる。

また一般に水晶振動子の熱膨張率は振動子の叉の長さ方
向とそれに直角な方向で異なるため、水晶振動子と同一
の回転角を持ち、且つ水晶振動子の長手方向及びそれに
直角な方向の熱膨張率と等しい熱膨張率を持つ方向に切
り出された水晶片は振動子の固定台として最適である。

上記の固定台を使用したフォトエツチング技術を用いて
つくられた本発明による薄い音叉型水晶振動子は性能が
良く、非常に小型であり、大量生産が容易であるため水
晶腕時計用の水晶振動子として今後の発展が大いに期待
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の薄い音叉型水晶振動子の概観図である。 第２図は第１図の振動子の裏面の図であり、第３図は振
動子を抜き取る方向を第４図は電極の配線を示す図であ
る。 第５図は電極の形状を変えた本発明に係る薄い音叉型水
晶振動子の概観図である。 第６図は、第５図の振動子の裏面を示す図であり、第７
図は振動子を抜き取る方向を、第８図は電極配置を示す
図である。 第９図は、熱膨張率が水晶振動子の熱膨張率より小さい
絶縁性物質を固定台に使用した場合の水晶振動子の割れ
を示す図であり、第１０図は割れの原因となる応力の方
向を示す図である。 第１１図は、本考案による固定台を用いた水晶振動子の
概略図である。 図中３１は水晶振動子とほぼ等しい熱膨張率をもつ絶縁
性の物質からなる本考案による固定台を示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 振動部と支持部をエツチング加工により一体としてつく
   られた音叉型水晶振動子において、前記音叉型水晶振動
   子はＺ板をＸ軸回りに００〜１０゜の範囲で回転させた
   切り出し角の水晶板から形成されるとともに、前記振動
   子を励振する電極対が各々の叉の中央部と周辺部に沿う
   電極によって対電極をなすよう形成されるとともに、前
   記振動子の支持部まで延長して前記対電極が同一面で対
   向して配置されており、前記振動子の支持部に対向して
   配置されており、前記振動子を保持する固定台は、上面
   に分割された金属膜を持つ絶縁性の物質からなり、前記
   振動子の対電極と前記固定台の電極対を導電接着剤で固
   定することのみにより機械的な固定と電気的な接続を同
   時になし、且つ前記固定台には前記振動子と同じ切り出
   し角の水晶材を用いたことを特徴とする音叉型水晶振動
   子。