JPH02207614A - 輪郭すべり水晶振動子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 まず本発明が行われた背景について述べると、民生機器
、ｉ！１信機器の分野では小型化、高精度化が積極的に
進められていて、これらに使用される水晶振動子も小型
化、特に、表面実装タイプの水晶ユニットが周波数１．
５ＭＨｚ〜４．２ＭＨｚで要求されてきている。本発明
はこれに鑑みて行われた。すなわち、本発明の水晶振動
子は民生機器２通信機器等の各種機器の基準信号源とし
て使用される水晶振動子で、振動部と支持部をエンチン
グ法によって形成され、表面実装タイプに適した輪郭す
べり水晶振動子に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、振動部と支持部がエツチング法によって一体
に形成された輪郭すべり水晶振動子の支持部と振動部に
ついて新規な形状１寸法を提案するものであり、詳しく
は振動部の輪郭すべり振動に伴って屈曲振動を呈する支
持部（屈曲部）に対し、上記輪郭すべり振動を抑圧しな
い寸法条件を与え、良好な電気的特性を得るものである
。

また、振動部の両端にある支持部と支持部を結ぶ方向は
、水晶の結晶軸のＺ′力方向あり、この軸方向の線膨張
係数と近い値のセラミックの台座に支持部を端持する。

この支持部同士を結ぶ中心線に対し、全ての平面形状は
対称である。

さらに、エツチングにより成形されること、上記した支
持構造により極めて小型であっても充分な性能が得られ
、輪郭すべりの共振周波数は１．５〜４．２ＭＨｚと高
い領域が実現でき、それに対応する振動部の形状は正方
形で、その各辺の寸法が０．７２〜２．０２ｍ１となる
。このような構成により、損失抵抗の小さい、耐衝撃性
、温度特性の優れた輪郭すべりモードの水晶振動子が得
られた。

（従来の技術） 従来の輪郭すべり水晶振動子は機械加工によって成形さ
れ、更に、振動子の支持は通常正方形板の中心で２本の
細いリード線で支持されていた。

そのために、小型化が難しく、衝撃に対して弱く、更に
、支持点による振動モレが多く、損失抵抗Ｒ９の小さい
、Ｑ値の高い輪郭すべり水晶振動子が得られない等、多
（の問題点があった。又、従来の機械加工による輪郭す
べり水晶振動子は前記した振動子支持方法の点から、量
産できるサイズ換言するならば、周波数は高くても５０
０ＫＨｚでそれ以上の高周波数を得ることは難しかった
。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記問題に対処してエツチング法によって水晶
振動子の振動部と支持部を一体に形成する方法を適用す
るもので、この手法については、２つの縦振動モードが
結合したＧＴカット水晶振動子を対象にした例を開示し
ている（特公昭５８−４７８８３号公報、特開昭５３−
１３２９８８号公報、特公昭６１−４４４０８号公報）
、及びＵ　Ｓ　、　Ｐａｔｅｎｔ（４３５０９１Ｂ。

４４４１１５３、４４８４３８２．４６３３１２４）等
に記載され、水晶振動子形成方法に適していることが知
られている。

それ故、本発明では従来から良く知られているエツチン
グ法を本発明の輪郭すべりモードの水晶振動子に適用し
、前記した機械加工に起因する欠点を克服するものであ
る。又、本発明の輪郭すべり水晶振動子の形状は前記引
例した特許の振動子形状と似ているが、その振動モード
が本質的に異なり、その振動子形状・寸法を決定する考
え方は基本的に異なるものであり、新規な形状・寸法に
より問題を解決することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題を解決するために本発明は振動部と支持部をエ
ツチング法によって一体に形成された輪郭すべり水晶振
動子で、前記支持部の屈曲部は前記振動部の辺の中央部
で接続され前記振動部と接続される屈曲部の幅Ｗは屈曲
部の長さしに対し０゜６７Ｌより小さく前記支持部は２
′軸方向の振動部の両端に設けられ、振動部はほぼ正方
形状であり、その各辺の寸法は０．７２ｍｍ〜２．０２
ｍｍで、前記支持部の両端部で支持固定することにより
問題を解決するものである。

〔作用〕

本発明の背景となる作用として水晶は物理的。

化学的に大変に安定した物質であり、従って、これから
形成されるいわゆる水晶振動子は損失抵抗の小さい、高
いＱ値を持った振動子を得ることができる。しかしなが
ら、このように優れた特性が得られるのは、振動モレの
小さい振動子形状の設計がなされて初めて得られるので
あり、本発明の着目した観点である。

〔実施例〕

実施例に先立って、本発明に係わる原理について説明す
る。

第３図は本発明の輪郭すべり水晶振動子の原理を説明す
るための振動子をモデル化した図である。

振動子１は振動部２と支持部３から成り、又、支持部３
は少なくとも屈曲部４とマウント部５がら構成されてい
て、支持部は一端支持という境界条件で固定されている
と考えることができる。また、振動部２は長さｘ６＋幅
ｚ１１＋厚みｙｏで表し、支持部３の屈曲部４は長さし
１幅Ｗで表すと、今振動部２の上下面の電極６．７に電
界が印加されれば振動子ｌの振動部２は破線で示したよ
うに、輪郭すべりの変位を生じ、その時、支持部３の屈
曲部４も破線のように変位する。また、逆の電界が振動
部２に印加されれば、伸びと縮みの変位は反対方向に生
じることは言うまでもない。即ち、本発明では振動部２
の輪郭の変位を支持部３の屈曲モードに変換することに
よって、その振動の自由度を抑圧しないようにしている
。そして、実際には、振動を抑圧しない寸法がある。こ
の形状寸法は振動部２と支持部３の屈曲部４の歪みエネ
ルギーによって決まる。即ち、振動部２の歪みエネルギ
ーをＵｌ、屈曲部の歪みエネルギーをＵｌとすると、Ｕ
＋、Ｕｌは次式で表される。

［Ｊ、　　＝　−Ｓ　　’ｒ、ｓ、ｃｔ　Ｖ　　　　　
・・−−−ｆｉ１２　　　Ｖ＋ 但し、応力Ｔ１．歪みＳｓ、ヤング率Ｅ、断面２次モー
メント１．変位Ｕ２体積Ｖ　＋　、　Ｖ　ｔ、座標Ｚを
示す。

又、輪郭すべり水晶振動子の振動を抑圧しない関係は式
＋１１．　＋２１より次の関係が成り立つ。

Ｕ、　＞Ｕ、　　　　−−−（３１ これより、屈曲部４の寸法り、Ｗが決定される。

例えば、本発明の振動子の周波数ｆ　＝１．８４Ｍ　Ｈ
ｚのとき、振動部の寸法は長さｘ０＝２゜＝１．６５ｍ
ｍ、板厚３’ａ　＝ｓｏｘ　（但し、板厚ｙ０は周波数
にほとんど影響を与えないが、ｅｔｃｈｉｎｇ加工によ
る加工性とスプリアス（Ｓｐｕｒｉｏｕｓ）振動を除去
できることからｙｏ＝５Ｑｐｍとした）となる。このと
き、支持部の屈曲部の幅寸法Ｗは０．６７Ｌより小さけ
れば、振動部２の振動を抑圧しないので、損失抵抗Ｒ１
＃１００Ωと小さく、且つ、Ｑ値が約１５万と電気的特
性に優れた輪郭すべり水晶振動子を得ることができた。

上記の例は周波数がｆ　＝１．８４ＭＨｚの場合につい
てであるが、周波数がｆ　−１，５ＭＨｚ　〜４．２Ｍ
ＩＩｚでは、振動部の幅寸法と長さ寸法（ｘａ　＝ｚｏ
　）と正方形をなし、その各辺は２．０２ｍ〜０．７２
１１と非常に小さく、支持部を含めた寸法が５龍以下と
なり、超小型の輪郭すべり水晶振動子を得ることができ
た。同時に、支持部の両端でセラミックス等にマウント
するので衝撃に対して強い水晶振動子が得られた。又、
本発明の輪郭すべり水晶振動子の支持部を２′軸方向に
設ける理由は、セラミックスの台座の線膨張係数と水晶
振動子の線膨張係数が比較的近い値となり、温度に対す
る周波数への影響を極力小さくすることができ、安定し
た輪郭すべり水晶振動子が得られた。更に、零温度係数
を与えるカット角θはＹ板をＸ軸まわりにθ−３７″回
転することによって得られる。

次に、振動モレについて述べる。第３図のモデル化した
図の説明で分かるように、振動部２の振動エネルギーは
支持部３へ伝達する。従って、支持部３の屈曲部４での
エネルギー損失を小さくすれば良い訳で、支持部３のモ
ードは屈曲モードに変換されるから、一端支持部のマウ
ントされる部分の質量が無限に大きければ、支持部３の
屈曲部４でのエネルギーはモレないことになる。これは
振動子の共振系がどんな場合でも成り立つのでなく、振
動の対称性において成り立つ。換言するならば、振動子
の共振を容易に引き起こし、且つ、安定な振動を得る共
振系のときに前記したことが言える。本発明では、振動
部の辺の中心部で接続され、且つ、振動部の両端部に対
称に設けられた支持部により一つの共振系を成している
。これにより、対称モードを引き起こすことができ、周
波数の安定した振動を得ることができる。このように、
本発明は振動部２から伝わる支持部３の屈曲モードに変
換する形状、即ち、屈曲部の幅と長さの比を選択するこ
とにより、振動部の振動を自由にし、且つ、屈曲モード
で変形する部分と接続する部分の質量を大きくし、更に
、振動部の辺の中央部に対称に２個の支持部を設けるこ
とにより、振動部の自由性を確保するものである。

次に、本発明にて得られた結果を具体的に述べる。第１
図は本発明の輪郭すべり水晶振動子の一実施例の平面図
と上面図で、振動子１は振動部２と支持部３から構成さ
れ、振動子１の上下面には電極６．７が配置されていて
、エツチング法によって一体に形成されている。支持部
３には屈曲部４が設けられ、その幅をＷ、長さをＬとす
ると、Ｗは０．６７Ｌより小さくしである。この理由は
振動部２の振動を抑圧することなく自由な振動を可能に
するためである。更に、振動モレを小さくするために屈
曲部４の端部にマウント部５を設け、このマウント部５
でハンダ、あるいは導電接着剤等によって固定される。

このとき支持部３は２′軸方向に設けているので、セラ
ミックスにマウントしても両方の線膨張係数値がほとん
ど同じになり、温度が変化しても振動子には応力が働か
ず、安定した周波数特性を示す、又、屈曲部４は振動部
２の辺の長さｘｏの中央部で接続されている。これより
更に振動モレを小さくすることができる。

第２図は本発明の輪郭すべり水晶振動子の他の実施例の
平面図と上面図で、振動子１の上下面には電極６．７が
設けられ、振動部２と支持部３から構成されていて、エ
ツチング法によって一体に形成されている。支持部３に
は屈曲部４とマウント部５が設けられ、その輻Ｗと長さ
ＬはＷＳ２．６７Ｌになるようにしである。この理由は
第１図の実施例で述べた理由と同じである。又、屈曲部
４とマウント部５の間には六８を設け、屈曲部４の振動
をマウント部５までさらに伝わらない構造となっている
。これよりマウント部５でマウントしても振動モレが小
さく、損失抵抗Ｒ１の小さい輪郭すべり水晶振動子が得
られる。更に、屈曲部４は振動部２の辺の長さＸ、の中
央部で接続されている。つまりマウント部５と５の中心
を結ぶ直線に対し、左右は正対称となっているので、更
に振動モレを小さくすることができる。又、正方形をし
た振動部２の両端に設けられた支持部３のマウント部５
を両端で半田あるいは導電接着剤等によって固着して保
持されるので衝撃に対して応力分散がなされ、耐衝撃性
の強い水晶振動子が得られる。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明は振動部と支持部をエツチン
グ法によって一体に形成する輪郭すべり水晶振動子を提
案することにより、次の著しい効果を有する。

■　支持部の形状寸法を工夫、改善することにより、振
動を自由にさせることができるので、損失抵抗が小さ（
、高いＱ値を有する水晶振動子が得られる。

■　エツチング法によって振動部と支持部を一体に形成
しているので小型化ができる。

■　同時に、支持部のマウント部で支持固定するので耐
衝撃性に優れる。

■　支持部は振動部辺の中央部と接続されているので振
動モレが小さく、損失抵抗Ｒ１が小さくな■　振動に影
響しないマウント部でセラミックス等の台座に固定され
るので、振動モレが小さくなる。

■　厚みが薄く、両端で支持固定する振動子であるので
、薄い表面実装タイプの水晶ユニットが可能である。

屈曲部の幅　　ｘｏ　・・振動部の幅 振動部の長さ　ｙ、・・振動子の厚み 電気軸 座標回転後の機械軸 座標回転後の光軸 以上

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の輪郭すべり水晶振動子の形状の一実施
例の平面図と上面図である。第２図は本発明の輪郭すべ
り水晶振動子の形状の他の実施例の平面図と上面図であ
る。第３図は本発明の輪郭すべり水晶振動子の原理を説
明するためのモデル図である。 出願人　セイコー電子部品株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 振動部と支持部をエッチング法によって一体に形成され
   た輪郭すべり水晶振動子で、前記支持部の屈曲部は前記
   振動部の辺の中央部で接続され、前記振動部と接続され
   る屈曲部の幅Ｗは屈曲部の長さＬに対し０．６７Ｌより
   小さく前記支持部はｚ′軸方向の振動部の両端に設けら
   れ、振動部はほぼ正方形状であり、その各辺の寸法は０
   ．７２ｍｍ〜２．０２ｍｍで前記支持部の両端部で支持
   固定されていることを特徴とする輪郭すべり水晶振動子
   。