JP4257138B2

JP4257138B2 - 音叉型水晶振動子

Info

Publication number: JP4257138B2
Application number: JP2003074613A
Authority: JP
Inventors: 茂木崎
Original assignee: 京セラキンセキヘルツ株式会社
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2009-04-22
Anticipated expiration: 2023-02-12
Also published as: JP2004248237A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は小型化、高性能化、耐衝撃性、低廉化を実現する新形状の音叉型水晶振動子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
音叉型水晶振動子は、腕時計、置き掛け時計、コンピューター、携帯電話、家電製品、ＡＶ機器、ＯＡ機器等の時間や周波数の基準源として大量に使用されている。このような従来の音叉型水晶振動子について、以下に図面を用いて説明する。
【０００３】
図３は従来の音叉型水晶振動子を示し（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＢ−Ｂ’断面図であり、図４は従来の溝付き音叉型水晶振動子の音叉腕部の断面図である。
【０００４】
図３（ａ）（ｂ）において、音叉型水晶振動子６０は左音叉腕部６１右音叉腕部６２及び二つの腕部を結合する基部６３、二つの腕部と基部で囲まれた音叉又部６４から構成されている。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸は水晶の結晶軸を表している。
【０００５】
左音叉腕部６１の側面に設けられた側面電極６５，６６は、右音叉腕部６２の表面及び裏面に設けられた平面電極７１，７２と同電位になるように接続されている。同様に右音叉腕部６２の側面に設けられた側面電極６９，７０は、左音叉腕部６１の表面及び裏面に設けられた平面電極６７，６８と同電位になるように接続されている（接続部は図示せず。以下図１、図２、図４も同様。）。
【０００６】
交流電圧が電極を通じて音叉腕部に印加されると、矢印で示したような電界が発生する。この電界のＸ軸方向成分が、水晶内部で方向が反対となる。この結果それぞれの音叉腕部がその中立線の左右で伸びと縮みが起こり、左右の音叉腕部がＸ軸方向に逆位相で屈曲振動を行う。
【０００７】
近年、携帯電話に代表される小型携帯機器の普及により、音叉型水晶振動子の小型化、高性能化、耐衝撃性、低廉化に対する強い要望がある。この実現のため、図５に示した溝付き音叉型水晶振動子が提案されている。これは左音叉腕部７３の表面及び裏面の長手方向に沿って溝７５，７６、及び右音叉腕部７４の表面及び裏面の長手方向に沿って溝７７，７８を設けて、左の音叉腕部に側面電極７９、８０と右音叉腕部に側面電極８３，８４及び各音叉腕部の溝に平面電極に相当する左の溝電極８１，８２と右の溝電極８５，８６を形成したものである。各電極の接続は、図３のタイプと同様に行われる。
【０００８】
このような溝付き音叉型水晶振動子に交流電圧が電極を通じて音叉腕部に印加されると、矢印で示したように側面電極と溝電極間に垂直な電界が発生する。この電界はＸ軸方向で発生した電界そのものである。このため図３に示したタイプに比べ、電気機械変換効率が良くなり、ＣＩ値やＱ値の良好な小型の音叉型水晶振動子が得られる（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００９】
上記の音叉型水晶振動子は、フォトリソグラフィー技術と化学エッチング技術により作られている。一例として、音叉型の代表的周波数である３２．７６８ｋＨｚについて、図３に示したタイプの寸法は、全長３．５ｍｍ、全幅０．７５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、音叉腕の長さ２．５ｍｍ、音叉腕の幅０．２５ｍｍに対して、溝付き音叉型は、全長２．２ｍｍ、全幅０．５６ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ、音叉腕の長さ１．６ｍｍ、音叉腕の幅０．１ｍｍと小型化されている。溝部は溝幅０．０７ｍｍ、溝長さ１．３ｍｍ、溝深さ０．０５ｍｍである。尚、一枚の水晶ウエハーから溝付き音叉型水晶振動子が４００個作られる。
【００１０】
【特許文献１】
特開昭５２−６１９８５号公報（第７−８頁、第４図）
【特許文献２】
特開昭２００２−７６８２７号公報（第６−７頁、図２）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の溝付き音叉型水晶振動子は、溝の断面形状が長方形を有しているため、音叉腕部の溝部分の厚さは、外形部分の厚さの約半分となる。又、この薄い部分の面積は音叉腕部全体の面積の約６０％を占める。このため音叉腕部の機械的強度に問題があり、衝撃や振動等の外乱を受けたとき、音叉基部側の溝部が短手方向に破損すると言う問題があった。又、溝を形成する加工工程が複雑なため、低廉化が実現できないと言う問題もあった。
【００１２】
本発明の目的は、上記課題を解決しようとするもので、小型化、高性能化、耐衝撃性、低廉化に最適な音叉型水晶振動子を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の音叉型水晶振動子は、以下に記した特徴を有する。
【００１４】
請求項１に係わる発明の音叉型水晶振動子は、音叉型水晶振動子において、当該振動子の音叉腕部の表面及び裏面に、横断面形状で略Ｖ型の溝を前記音叉腕部の長手方向に沿ってそれぞれ二ヶ所ずつ形成し、これら二ヶ所の略Ｖ型の溝が前記音叉腕部の中心線に対して対称位置にあることを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項２に係わる発明の音叉型水晶振動子は、当該振動子の音叉腕部の表面及び裏面に、横断面形状で略Ｖ型の溝を前記音叉腕部の長手方向に沿って、いずれか一方の面で一ヶ所、他方の面で二ヶ所形成し、一ヶ所の略Ｖ型の溝は前記音叉腕部の中央部に、二ヶ所の略Ｖ型の溝は前記音叉腕部の中央線に対して対称位置にあることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の第一の実施の形態の音叉型水晶振動子を示し（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図であり、図２は本発明の第二の実施の形態の音叉型水晶振動子の音叉腕部の断面図である。
【００１７】
図１（ａ）（ｂ）の第一の実施の形態において、音叉型水晶振動子１は左音叉腕部２、右音叉腕部３及び二つの腕部を結合する基部４、二つの腕部と基部で囲まれた音叉又部５から構成されている。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸は水晶の結晶軸を表している。
【００１８】
左音叉腕部２の表面及び裏面には、その長手方向に沿って、横断面形状で略Ｖ型の溝６，７及び８，９が形成されている。同様に、右音叉腕部３の表面及び裏面にも、略Ｖ型の溝１０，１１及び１２，１３が形成されている。即ち、これら略Ｖ型の溝は、それぞれの音叉腕部２，３の表裏面に二ヶ所ずつあり、音叉腕部２，３の幅及び厚さの中心線に対して、対称に形成されている。これら略Ｖ型の溝は、音叉腕部２，３の肉薄部分を補強し、腕部自体の強度を上げる働きをする。なお、これらの溝の幅ｗは音叉又部の幅Ｗより狭く作られている。
【００１９】
左音叉腕部２の側面に設けられた側面電極１４，１５は、右音叉腕部３の表面の略Ｖ型の溝１０，１１とその間の平面部に設けられた溝電極２０及び裏面の略Ｖ型の溝１２，１３とその間の平面部に設けられた溝電極２１と同電位になるように接続されている。
【００２０】
同様に右音叉腕部３の側面電極１６，１７は、左音叉腕部２の表面の略Ｖ型の溝６，７とその間の平面部に設けられた溝電極１８及び裏面の略Ｖ型の溝８，９とその間の平面部に設けられた溝電極１９と同電位になるように接続されている。
【００２１】
交流電圧が電極を通じて音叉腕部に印加されると、矢印で示したように左腕部２の側面電極１４，１５と溝電極１８，１９間、及び右腕部３の側面電極１６，１７と溝電極２０，２１間に垂直な電界が発生する。これらの電界は、溝付き音叉型と同様にＸ軸方向で発生した電界そのものである。この結果、電気機械変換効率が良くなり、ＣＩ値やＱ値の良好な小型の音叉型水晶振動子が得られた。
【００２２】
又、略Ｖ型の溝を有しているため、従来構造の溝付き音叉型水晶振動子に比べ、音叉腕部の肉薄部分が減少して、音叉腕部の機械的強度が向上し、衝撃や振動等による破損がなくなり、耐衝撃性が大幅に改善された。さらに、Ｖ型の溝加工と音叉形状加工を同時に行えるので、工程が単純化され、低廉化が実現できた。
【００２３】
図２の第二の実施の形態において、左音叉腕部２２の表面及び裏面の電極形成域には、その長手方向に沿って、横断面形状で略Ｖ型の溝２３が表面側に、同溝２４，２５が裏面側に形成されている。同様に右音叉腕部２６の表面及び裏面の電極形成域にも、その長手方向に沿って、横断面形状で略Ｖ型の溝２７が表面側に、同溝２８，２９が裏面側に形成されている。これらの溝は、表面側に二ヶ所、裏面側に一ヶ所でも良い。尚、一ヶ所の溝は、音叉腕部中央部に、二ヶ所の溝は、音叉腕部中心線に対して対称に形成されている。
【００２４】
左音叉腕部２２の側面に設けられた側面電極３７，３０は、右音叉腕部２６に設けられた溝電極３５，３６と同電位になるように接続されている。同様に右音叉腕部２６の側面に設けられた側面電極３３，３４は、左音叉腕部２２に設けられた溝電極３１，３２と同電位になるよう接続されている。これにより、矢印で示したように垂直電界を発生させることができる。尚、この第二の実施の形態における略Ｖ型の溝幅も、音叉又部の幅より狭く作られている。この第二の実施の形態においても、垂直電界が得られると共に音叉腕部の機械的強度が向上した。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、音叉型水晶振動子において、当該振動子は、音叉腕部の表面及び裏面に、その長手方向に沿って、横断面形状で略Ｖ型の溝を請求項１では二ヶ所ずつ、請求項２では一方面側が一カ所、他方面側が二ヶ所それぞれ特定位置に形成することにより、垂直電界が得られると共に音叉腕部の機械的強度が向上し、加工工程も単純化された。この結果、小型で高性能、高耐衝撃性、低廉化の音叉型水晶振動子が実現でき、本発明の効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の音叉型水晶振動子の第一の実施の形態を示し、（ａ）は平面図（ｂ）は断面図である。
【図２】本発明の音叉型水晶振動子の第二の実施の形態を示す音叉腕部の断面図である。
【図３】従来の音叉型水晶振動子を示し、（ａ）は平面図（ｂ）は断面図である。
【図４】従来の溝付き音叉型水晶振動子を示す音叉腕部の断面図である。
【符号の説明】
１音叉型水晶振動子
２左音叉腕部
３右音叉腕部
４基部
５音叉又部
６、７、８、９、１０、１１、１２、１３略Ｖ型の溝
２３、２４、２５、２７、２８、２９略Ｖ型の溝
１４、１５、１６、１７側面電極
３７、３０、３３、３４側面電極
１８、１９、２０、２１溝電極
３１、３２、３５、３６溝電極

Claims

音叉型水晶振動子において、当該振動子の音叉腕部の表面及び裏面に、横断面形状で略Ｖ型の溝を前記音叉腕部の長手方向に沿ってそれぞれ二ヶ所ずつ形成し、これら二ヶ所の略Ｖ型の溝が前記音叉腕部の中心線に対して対称位置にあることを特徴とする音叉型水晶振動子。
音叉型水晶振動子において、当該振動子の音叉腕部の表面及び裏面に、横断面形状で略Ｖ型の溝を前記音叉腕部の長手方向に沿っていずれか一方の面で一ヶ所、他方の面で二ヶ所形成し、一ヶ所の略Ｖ型の溝は前記音叉腕部の中央部に、二ヶ所の略Ｖ型の溝は前記音叉腕部の中央線に対して対称位置にあることを特徴とする音叉型水晶振動子。