JP2004023780A - 幅縦水晶振動子と水晶ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】等価直列抵抗Ｒ_１の小さい、周波数温度特性に優れた超小型の幅縦水晶振動子と水晶ユニットを提供することにある。
【解決手段】振動部と接続部と支持部からなる幅縦水晶振動子を電気変換効率の良い水晶板から形成し、且つ、複数個の水晶振動子を電気的に並列に接続する事により、広い温度範囲に亙って周波数変化が小さく、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい超小型の幅縦水晶振動子と水晶ユニットを提供することができる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高い電気機械変換効率を有し、主振動が単一の振動モードで振動する幅縦水晶振動子とそれを収納した水晶ユニットに関する。更に、本発明は幅縦水晶振動子のカット角、電極構成、及び形状に関する。特に、小型化、高精度、耐衝撃性、低廉化などの要求の強い携帯機器用、情報通信機器用、計測機器用、及び民生機器用の基準信号源として最適な新カット、新電極構成の幅縦水晶振動子とそれを具えた水晶ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術としては、水晶を用いた幅縦振動モードと長さ縦振動モードが結合したＮＳ−ＧＴカット幅・長さ縦結合水晶振動子がよく知られている。図１２にはこの従来例の平面図を示す。図１２において水晶振動子２００は振動部２０１、接続部２０３、２０６及び支持部２０４、２０７を具えて構成されている。支持部２０４、２０７はそれぞれマウント部２０５、２０８を包含している。更に、図１２と図１３に示されているように、振動部２０１の上下面には電極２０２と２１１が配置され、振動部の電極２０２は接続部２０３を介してマウント部２０５にまで延在している。これに対して、振動部の電極２１１も同様に接続部２０６を介してマウント部２０８にまで延在している。電極２０２と電極２１１は異極となるように構成され、２電極端子を構成している。そして、振動子はマウント部２０５、２０８でリード線や台座に接着剤などで固定される。今、両電極２０２、２１１間に交番電圧を印加すると、図１３の実線と点線で示されるように、電界Ｅ_ｔは厚みＴ方向に交互に働く。その結果、幅Ｗによって大略周波数が決まる幅縦振動モードと長さＬによって大略周波数が決定される長さ縦振動モードが同時に励振され、逆相で両振動モードが結合したＮＳ−ＧＴカット幅・長さ縦結合水晶振動子が得られる。また、上記水晶振動子は化学的エッチング法によって一体に形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＮＳ−ＧＴカット幅・長さ縦結合水晶振動子では、振動部の面積が大きい程（低周波数）等価直列抵抗Ｒ_１が小さくなり、品質係数Ｑ値が大きくなる。しかしながら２つの振動モードが結合した、ＮＳ−ＧＴカット幅・長さ縦結合水晶振動子は、それらの周波数はそれぞれ幅Ｗと長さＬに反比例し、且つ、周波数温度特性が幅Ｗと長さＬの比、いわゆる辺比Ｗ／Ｌによって決定され、更に、周波数温度特性が良好となる辺比Ｗ／Ｌ≒０．９５となるので、小型化（高周波数化）しようとすると、振動部の面積が小さくなる。そのため、電気機械変換効率が小さくなり、その結果、等価直列抵抗Ｒ_１が大きくなり、品質係数Ｑ値が小さくなるなどの課題が残された。このようなことから、超小型で、等価直列抵抗Ｒ_１が小さく、品質係数Ｑ値が高くなるような新カットで、電気機械変換効率が高くなる電極構成を具える水晶振動子とそれを収納した水晶ユニットが所望されていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の方法で従来の課題を有利に解決した幅縦水晶振動子とそれを具えた水晶ユニットを提供することを目的とするものである。
【０００５】
即ち、本発明の幅縦水晶振動子の第１の態様は、振動部と接続部と支持部とを具えて構成され、前記振動部の幅寸法は長さ寸法より小さく、厚み寸法より大きい幅縦水晶振動子において、前記水晶振動子は電気軸ｘ軸に垂直となるＸ板水晶をｘ軸を回転軸として角度θ_ｘ＝−２０°〜＋２０°回転し、更に、機械軸ｙ軸の回転後の新軸ｙ′軸を回転軸として角度θ_ｙ＝−１０°〜＋１０°回転した水晶板から形成されていて、さらに、ｘ軸の回転後の新軸であるｘ′軸に垂直な面となる振動部の上下面には極性の異なる少なくとも一対の電極が対抗して配置され、且つ、前記水晶振動子の振動部と接続部と支持部とは粒子法により一体形成された形状を有し、さらに、前記幅寸法に共振周波数が反比例し、主振動が単一の振動モードで振動する横効果型の幅縦水晶振動子である。
【０００６】
本発明の幅縦水晶振動子の第２の態様は、振動部と接続部と支持部とを具えて構成され、前記振動部の幅寸法は長さ寸法より小さく、厚み寸法より大きい幅縦水晶振動子において、前記水晶振動子は電気軸ｘ軸に垂直となるＸ板水晶を機械軸ｙ軸を回転軸として角度θ_ｙ＝−１０°〜＋１０°回転し、更に、電気軸ｘ軸の回転後の新軸ｘ′軸を回転軸として角度θ_ｘ＝−２０°〜＋２０°回転した水晶板から形成されていて、さらに、ｘ軸の回転後の新軸であるｘ′軸に垂直な面となる振動部の上下面には極性の異なる少なくとも一対の電極が対抗して配置され、且つ、前記水晶振動子の振動部と接続部と支持部とは粒子法により一体形成された形状を有し、さらに、前記幅寸法に共振周波数が反比例し、主振動が単一の振動モードで振動する横効果型の幅縦水晶振動子である。
【０００７】
本発明の幅縦水晶振動子の第３の態様は、振動部と接続部と支持部とを具えて構成され、幅寸法に共振周波数が反比例し、単一振動モードで振動する幅縦水晶振動子で、前記振動部の上面と下面に電極が配置され、前記振動子は圧電定数ｅ_１２の絶対値が０．１２３〜０．１８Ｃ／ｍ^２を有する水晶板から形成された幅縦水晶振動子である。
【０００８】
本発明の水晶ユニットの第１の態様は、水晶振動子と、その水晶振動子を収納する表面実装型のケースと、蓋とを具えて構成される水晶ユニットにおいて、
前記ケース内には前記水晶振動子として、第１の態様又は第２の態様又は第３の態様に記載の幅縦水晶振動子を具えた水晶ユニットである。
【０００９】
【作用】
このように、本発明は幅縦水晶振動子とそれを具えた水晶ユニットで、しかも、高い電気機械変換効率を有する水晶板から振動子を形成し、且つ、電極を配置することにより、電気的諸特性と周波数温度特性に優れた超小型の幅縦水晶振動子とそれを具えた水晶ユニットが得られる。
【００１０】
【本発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づき具体的に述べる。
（第１実施例）
図１は本発明の水晶板１のカット角とその座標系との関係である。座標系は原点Ｏ、電気軸ｘ、機械軸ｙ、光軸ｚからなりＯ−ｘｙｚを構成している。まず、ｘ軸に垂直な水晶板、いわゆる、Ｘ板水晶を考える。このとき、Ｘ板水晶の各寸法である幅Ｗ_０、長さＬ_０、及び厚みＴ_０はそれぞれｙ軸、ｚ軸、及びｘ軸方向に一致している。
【００１１】
次に、このＸ板水晶をｘ軸の廻りに角度θ_ｘ＝−２０°〜＋２０°回転し、更に、ｙ軸の新軸ｙ′軸の廻りに角度θ_ｙ＝−１０°〜＋１０°回転される。このとき、ｘ軸の新軸はｘ′軸に、ｚ軸は２軸の廻りに回転されるので、新軸ｚ″と成る。そして、本発明の幅縦水晶振動子は前記した回転水晶板から形成される。本実施例では、Ｘ板水晶を最初に、ｘ軸の廻りに角度θ_ｘ＝−２０°〜＋２０°回転し、次に、ｙ′軸の廻りに角度θ_ｙ＝−１０°〜＋１０°回転されているが、最初に、機械軸ｙ軸の廻りに角度θ_ｙ＝−１０°〜＋１０°回転し、次に、電気軸ｘ軸の新軸ｘ′軸の廻りに角度θ_ｘ＝−２０°〜＋２０°回転してもよい。又、本実施例では、幅縦水晶振動子が形成される水晶板のカット角について述べたが、本発明の振動子のカット角はこれに限定されるものでなく、形成された幅縦水晶振動子が前記した角度を有する振動子であれば良く、本発明はそれらの振動子をも包含するものである。例えば、水晶板の面内回転をしないで、振動子形成に用いるマスク等で面内回転を行うものである。
【００１２】
図２は本発明の第１実施例の幅縦水晶振動子の上面図（ａ）と側面図（ｂ）である。幅縦水晶振動子２は振動部３、接続部６、９とマウント部８、１１をそれぞれ含む支持部７、１０を具えて構成されている。更に、支持部７と支持部１０にはそれぞれ穴７ａと穴１０ａが設けられている。また、振動部３の上面と下面には電極４と電極５が対抗して配置され、それらの電極は異極となるように構成されている。即ち、一対の電極が配置されている。更に、電極４は一方の接続部９を介してマウント部１１にまで延在して配置されている。また、電極５は他方の接続部６を介してマウント部８にまで延在して配置されている。本実施例では、振動部３に配置された電極４と電極５は互いに異なる方向に延在してマウント部まで配置されているが、同方向に延在するように配置しても振動子として同じ特性が得られる。本実施例の振動子はマウント部８、１１が台座等に接着剤や半田によって固定される。
【００１３】
更に、振動部３は幅Ｗ_０、長さＬ_０、及び厚みＴ_０の寸法を有し、幅Ｗ_０、長さＬ_０、及び厚みＴ_０はそれぞれｙ′軸、ｚ″軸、及びｘ′軸方向と一致している。すなわち、ｘ′軸に垂直な面となる振動部３の上面と下面に電極４と電極５が配置されている。又、電極４に対抗する電極５は異極となるように構成されている。更に、振動部３の長さＬ_０は幅Ｗ_０より大きく、厚みＴ_０は幅Ｗ_０より小さくなるように設計される。即ち、幅縦振動モードと長さ縦振動モードとの結合を無視できるほどに小さく、且つ、振動部の電極面積を大きくして、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい幅縦水晶振動子を得るためには、幅Ｗ_０と長さＬ_０の比Ｗ_０／Ｌ_０は０．７より小さく、且つ、電界Ｅｘを大きくして、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい幅縦水晶振動子を得るためには、厚みＴ_０と幅Ｗ_０との比Ｔ_０／Ｗ_０は０．８５より小さくすることが必要である。実際のこれらの寸法の決定は幅縦水晶振動子に要求される特性によって決まる。
【００１４】
更に詳述するならば、幅縦水晶振動子の共振周波数は幅寸法Ｗ_０に反比例し、他の寸法（長さ、厚み、接続部と支持部）には殆ど依存しない。それ故、幅Ｗ_０ ^{を小さくすることにより、小型で、高周波数化が図れる。また、前記した寸法の}関係から単一振動モードで振動する幅縦水晶振動子が得られる。
【００１５】
次に、本実施例の幅縦水晶振動子を駆動するのに必要な圧電定数ｅ_１２の値について説明する。この圧電定数ｅ_１２の値が大きいほど、電気機械変換効率は高くなることを示している。角度θ_ｘ＝−２０°〜＋２０°、θ_ｙ＝−１０°〜＋１０°のとき圧電定数ｅ_１２の絶対値は０．１２３〜０．１８Ｃ／ｍ^２を有する。この値は従来のＮＳ−ＧＴカット水晶振動子を駆動する圧電定数ｅ_２１の絶対値０．１Ｃ／ｍ^２より著しく大きくなる。
【００１６】
すなわち、本実施例の幅縦水晶振動子は高い電気機械変換効率を有するので、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい、品質係数Ｑ値の高い、しかも、超小型の幅縦水晶振動子を得ることができる。
【００１７】
今、図２の電極４と電極５の間に交番電圧を印加すると、電界Ｅ_ｘは図２の実線と点線の矢印で示したように厚み方向に交互に働く。その結果、振動部３は幅方向に伸縮する振動をすることになる。
【００１８】
（第２実施例）
図３は本発明の第２実施例の幅縦水晶振動子１２の上面図（ａ）と下面図（ｂ）である。幅縦水晶振動子１２は振動部１３、接続部１４、２１、マウント部１６とそれに接続される支持フレーム１７，１８、１９を含む支持部１５とマウント部２３とそれに接続されるマウント部２０を含む支持部２２を具えて構成されている。更に、支持フレーム１７の両端部は支持フレーム１８，１９の一端部に接続され、支持フレーム１８、１９の他端部はマウント部２０に接続されている。支持部１５には穴１５ａが、支持部２２には穴２２ａが設けられている。
【００１９】
また、振動部１３の上面と下面には異極で対抗する電極２４と電極２６が配置されている。更に、電極２４は一方の接続部２１を介してマウント部２０にまで延在して配置され、マウント部２０に一方の電極端子となる電極２５が形成される。又、電極２６は他方の接続部１４と支持フレーム１７、１９を介してマウント部２０にまで延在して配置され、マウント部２０に他方の電極端子となる電極２７が形成される。すなわち、２電極端子を形成する。本実施例では、振動部の電極のみが対抗するように配置されている。しかし、他の部分での電極が対抗して配置されてもよく、等価直列抵抗Ｒ_１に及ぼす影響は無視できる程に小さい。
【００２０】
更に、振動部１３は幅Ｗ_０、長さＬ_０と厚みＴ_０（図示されていない）の寸法を有し、幅Ｗ_０、長さＬ_０と厚みＴ_０はそれぞれｙ′軸、ｚ″軸とｘ′軸方向と一致している。すなわち、ｘ′軸に垂直な面となる振動部１３の上面と下面には電極２４と電極２６が配置されている。又、電極２４と電極２６は異極となるように構成されている。更に振動部１３の長さＬ_０は幅Ｗ_０より大きく、厚みＴ_０ ^は幅Ｗ０^{より小さくなるように設計される。具体的な関係については実施例１で}述べた通りである。
【００２１】
このように幅縦水晶振動子を形成することにより、振動子の強度をより強くすることができる。その結果、振動子の一端部を接着剤や半田により台座、あるいはリード線に固定できるので、量産での作業性に優れ、工数を削減することができる。すなわち、安価な幅縦水晶振動子を得ることができる。同時に、衝撃に対して強い幅縦水晶振動子が実現できる。更に、支持部に穴が設けられているので、幅縦モードを圧電的に容易に引き起こすことができる。それ故、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい、Ｑ値の高い超小型の幅縦水晶振動子が得られる。
【００２２】
尚、本実施例では、互いに異極となる電極がマウント部２０の上面に電極２５を、下面に電極２７を配置しているが、マウント部２０の同一平面に異極となる電極を配置してもよく、同様に安価な振動子が得られる。この方法として、一方の電極を支持フレームの側面、あるいはマウント部の側面を介して同一平面の同極となる電極に接続される。更に、本実施例では振動部に平行に支持フレームが２本設けられているが、１本でも十分な機械的強度を有するので、一本でもよく、十分な特性が得られる。
【００２３】
（第３実施例）
図４は本発明の第３実施例の幅縦水晶振動子２８の上面図（ａ）と下面図（ｂ）である。幅縦水晶振動子２８は、振動部２９、接続部３０、３５、及び支持フレーム３１，３２、３３を含む支持部４１と支持フレーム３６とマウント部３４を含む支持部４２を具えて構成されている。更に、振動部２９は一方の接続部３０を介して支持フレーム３１に接続され、支持フレームの両端部は支持フレーム３２、３３に接続されている。更に、振動部２９は他方の接続部３５を介して支持フレーム３６に接続され、その両端部は支持フレーム３２、３３に接続されている。又、マウント部３４には穴４３が設けられている。この穴４３を設けることにより、幅縦振動を抑圧することなく容易に引き起こすことができる。
【００２４】
更に、振動部２９の上面と下面には異極で対抗する電極３７と電極３９が配置されている。そして、電極３７は一方の接続部３５を介してマウント部３４にまで延在して配置され、マウント部３４に一方の電極端子となる電極３８が形成されている。又、電極３９は他方の接続部３０と支持フレーム３１、３３を介してマウント部３４にまで延在して配置され、マウント部３４に他方の電極端子となる電極４０が形成されている。すなわち、２電極端子を形成する。本実施例以外の電極配置法としては実施例２で述べた方法を本実施例でも含むものである。同時に、支持フレームについても同様に含むものである。
【００２５】
更に、振動部２９は幅Ｗ_０、長さＬ_０と厚みＴ_０（図示されていない）の寸法を有し、これらの寸法とｘ′軸、ｙ′軸とｚ″軸との関係は実施例１で述べた通りである。また振動部２９の長さＬ_０は幅Ｗ_０より大きく、厚みＴ_０は幅Ｗ_０より小さくなるように設計される。具体的な関係については実施例１で述べたのと同じである。更に、上記実施例の幅縦水晶振動子の振動部、接続部と支持部とは一体に形成されている。
【００２６】
このように幅縦水晶振動子を形成することにより、すでに実施例２で述べたように、量産性に優れた安価な幅縦水晶振動子が得られる。同時に、衝撃に対して強い幅縦水晶振動子が実現できる。更に、マウント部に穴が設けられているので、幅縦モードの振動を抑圧することなく、圧電的に容易に引き起こすことができる。それ故、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい、Ｑ値の高い、しかも超小型の幅縦水晶振動子が得られる。
【００２７】
図５は上記第１実施例から第３実施例の幅縦水晶振動子の周波数温度特性の一例を示す線図である。前記した角度θ_ｘと角度θ_ｙの選択により任意の温度で一次温度係数αが零になり、２次曲線で表すことができる。例えば、曲線４４で示されるように、頂点温度Ｔ_ｐを室温付近に設定することができる。又、曲線４５は頂点温度Ｔ_ｐを０℃付近に設定した場合である。更に、頂点温度Ｔ_ｐは任意に設定でき、曲線４６は頂点温度Ｔ_ｐを負側に設定した場合である。上記実施例の角度θ_ｘと角度θ_ｙを有する幅縦水晶振動子では、頂点温度Ｔ_ｐを約−２００℃から約＋６０℃と極めて広い温度範囲に設定することができる。頂点温度Ｔ_ｐは用いられる機器等によって決定される。
【００２８】
このように本発明の幅縦水晶振動子は頂点温度を極めて広い温度範囲で任意に設定でき、且つ、周波数温度特性が２次曲線で近似できるので、広い温度範囲に亘って周波数変化の小さい、優れた周波数温度特性を有する振動子であることが理解される。
【００２９】
（第４実施例）
図６は本発明の第４実施例の幅縦水晶振動子の上面図（ａ）と下面図（ｂ）である。幅縦水晶振動子５０は振動部５１、接続部５２、５５、及びマウント部５４、５７をそれぞれ含む支持部５３、５６を具えて構成されている。更に、支持部５３と支持部５６にはそれぞれ穴５３ａと穴５６ａが設けられている。そして、振動部５１の上面と下面にはそれぞれ複数個の電極が配置されている。又、上面、及び下面の幅方向に隣接する電極は異極となるように構成されている。且つ、上面と下面に配置された対抗電極は異極となるように構成されている。本実施例では電極５８，５９，６０と電極６１，６２，６３が配置されている。本実施例の電極配置では３次オーバートーンの幅縦水晶振動子が得られる。
【００３０】
更に詳述するならば、電極５８とそれに隣接する電極５９は異極に、さらに、電極５８とそれに対抗する電極６３は異極となるように構成されている。電極５８とそれとは異極となる電極６３で一対の電極を構成している。全く同様に、電極５９とそれに隣接する電極５８、６０は異極に、更に、電極５９とそれに対抗する電極６２は異極となるように構成されている。電極５９とそれとは異極となる電極６２で一対の電極を構成している。更に電極６０とそれに隣接する電極５９は異極に、さらに、電極６０とそれに対抗する電極６１は異極となるように構成されている。電極６０とそれとは異極となる電極６１で一対の電極を構成している。又、上面の電極５８と電極６０は接続電極５８ａを介して接続されている。更に、下面の電極６１と電極６３は接続電極６１ａを介して接続されている。
【００３１】
更に、上面の同極となる電極５８、６０は一方の接続部５２を介してマウント部５４にまで延在して配置されている。又、電極５９は他方の接続部５５を介してマウント部５７にまで延在して配置されている。更に、下面の電極６２は一方の接続部５２を介してマウント部５４にまで延在して配置されている。又、下面の同極となる電極６１、６３は他方の接続部５５を介してマウント部５７にまで延在して配置されている。図６から明らかなように、一方の接続部と支持部の上下面には同極となる電極が振動部から延在して配置され、他方の接続部と支持部の上下面には同極となる電極が振動部から延在して配置されている。
【００３２】
それ故、一方の電極５８，６０、６２は同極に、他方の電極５９，６１、６３は同極となるように配置され、それらは互いに異極となる２電極端子構造を形成している。本実施例では三対の電極を構成している。本発明の電極構成は前記実施例に限定されるものでなく、対称モードを使用する場合にはｎ対（ｎ＝５，７，９・・・）と奇数対の電極構成をも包含するものである。又、非対称モードを使用する場合にはｍ対（ｍ＝２，４，６・・・）と偶数対の電極構成をも包含するものである。
【００３３】
次に、振動部の幅Ｗ_０、長さＬ_０、厚みＴ_０と電極との関係について述べる。本実施例では、三対の電極を構成している。それ故、図５で説明した良好な周波数温度特性、及び電界Ｅ_ｘを大きくし、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい幅縦水晶振動子を得るためには、厚みＴ_０と幅Ｗ_０との側係は３Ｔ_０／Ｗ_０が０．８５より小さくする必要がある。又、幅縦振動モードと長さ縦振動モードとの結合を無視できるほどに小さく、且つ、電極面積を大きくし、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい幅縦水晶振動子を得るためには、幅Ｗ_０と長さＬ_０との関係はＷ_０／３Ｌ_０が０．７より小さくする事が必要である。
【００３４】
本実施例では三対の電極構成の場合についで説明したが、ｎ対（ｎ＝５，７，９、・・・）と奇数対の電極構成ではｎ次オーバートーンの幅縦水晶振動子が得られる。この場合、前記した優れた特性を有する水晶振動子を得るには、厚みＴ_０と幅Ｗ_０との関係はｎＴ_０／Ｗ_０が０．８５より小さく、且つ、幅Ｗ_０と長さＬ_０との関係はＷ_０／ｎＬ_０が０．７より小さくする必要がある。又、ｍ対（ｍ＝２，４，６、・・・）と偶数対の電極では、厚みＴ_０と幅Ｗ_０との関係はｍＴ_０／Ｗ_０が０．８５より小さく、且つ、幅Ｗ_０と長さＬ_０との関係はＷ_０／ｍＬ_０が０．７より小さくすることが必要である。
【００３５】
このように、本発明の幅縦水晶振動子は、特に、振動部の電極の配置の仕方を工夫することにより、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい、周波数温度特性に優れた超小型の高次オーバートーンの幅縦水晶振動子を実現することができる。又、幅縦水晶振動子の周波数はオーバートーン次数に比例するので、高周波数化が可能になる。
【００３６】
なお、本実施例で詳細に述べた電極構成は図３と図４の振動子形状にも適用できるものである。
【００３７】
（第５実施例）
図７は本発明の第５実施例の幅縦水晶振動子の上面図である。幅縦水晶振動子６４は振動部６５、接続部６６、６７、６８、７１、７２、７３及び、マウント部７０、７５をそれぞれ含む支持部６９、７４を具えて構成されている。支持部６９には穴６９ａを、支持部７４には穴７４ａを具えている。本実施例では、振動部６５の長さ方向の両側にそれぞれ複数個の接続部６６、６７、６８と接続部７１、７２、７３が設けられている。更に、一方の接続部６６、６７、６８は支持部６９に接続され、他方の接続部７１、７２、７３は支持部７４に接続されている。前記振動子の振動部、接続部と支持部とは一体に形成されている。
【００３８】
又、幅縦水晶振動子の振動部は幅Ｗ_０、長さＬ_０、厚みＴ_０（図示されていない）を有し、前記振動子に配置される電極は図示されていないが、実施例１から実施例４で述べられた電極の配置、及び構成が本振動子にも適用される。本実施例では、振動部の両側にそれぞれ３個の接続部を設けているが、さらに多くの接続部を設けてもよく、実際には、オーバートーン次数の数と同じだけ設けることができるが、実際にはより少ない接続部を設けることが好ましい。
【００３９】
このように、本発明の幅縦水晶振動子は接続部を振動部の両側にそれぞれ複数個設けているので、高い周波数の厚みの薄い振動子でも耐衝撃性に強い、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい、品質係数Ｑ値の高い幅縦水晶振動子が得られる。
【００４０】
（第６実施例）
図８は本発明の第６実施例の幅縦水晶振動子の形状を示す上図面である。一方の幅縦水晶振動子７６は、振動部９２、接続部７８、８１、及びマウント部８０、８３を含む支持部７９と支持部８２を具えて構成されている。又、他方の幅縦水晶振動子７７は、振動部９３、接続部８４、８７、及びマウント部８６、８９を含む支持部８５と支持部８８を具えて構成されている。更に、この実施例の幅縦水晶振動子は、２つの幅縦水晶振動子７６と幅縦水晶振動子７７の互いの一方のマウント部８０とマウント部８６とがフレーム９０を介して接続され、さらに、互いの他方のマウント部８３とマウント部８９とがフレーム９１を介して接続され、角度θにて、一体に形成したものである。又、角度θは通常θ＝０°〜３０°から仕様に応じて決められるものである。
【００４１】
即ち、２つの幅縦水晶振動子に角度θを持たせると、各水晶振動子には異なる周波数温度特性を持たせることができる。更に、これらの水晶振動子を電気的に並列に接続することにより、幅縦水晶振動子の周波数温度特性を改善することができる。同時に、等価直列抵抗Ｒ_１も改善できる。例えば、２個の場合で同じ等価直列抵抗Ｒ_１を有する時、合成されたＲ_１は約半分になる。また、図９に、両幅縦水晶振動子１４４，１４５の電気的な接続図を示す。
【００４２】
図１０に図８で示されえた実施例の幅縦水晶振動子の周波数温度特性の一例を示す。一方の水晶振動子が温度特性１４６を、他方の水晶振動子が温度特性１４７を有する場合、電気的に並列に接続されると両水晶振動子の周波数温度特性は曲線１４８のようになる。即ち、本実施例の幅縦水晶振動子は、曲線１４８に示すような周波数温度特性を有することとなり、これにより、温度変化に対して周波数変化の少ない安定した特性の水晶振動子とすることができる。この結果、本実施例の幅縦水晶振動子は、超小型で、しかも、周波数温度特性に優れた水晶振動子が実現できる。
【００４３】
図１１は本発明の水晶ユニットの側面図である。水晶ユニット１００は表面実装型のケース１０９と蓋１０１と幅縦水晶振動子１０２から構成されている。ケース１０９には固定部１０３，１０４が設けられていて、本実施例では、第１実施例の幅縦水晶振動子１０２が収納され、その振動子のマウント部が接着剤１０５，１０６等により固定部で固定されている。更に、ケース１０９の下面には電極１０７，１０８が設けられていて、振動子１０２の電極と接続されている。即ち、２電極端子構造を形成している。
【００４４】
本実施例では、固定部を２個設け両端部で接着材等により固定しているが、固定部は１個でも良く、片側固定でも良い。即ち、本発明の水晶ユニットには、第１実施例から第６実施例のいずれかの幅縦水晶振動子が収納されている。図示されていないが、特に、複数個の幅縦水晶振動子を収納する時には、振動子間の干渉を防止するための仕切り部が振動子の間に設けられている。２個以上の振動子がケース内に収納される場合には、それらの振動子は一体形成されていても良く、又は、個々に形成されていても良い。更に、複数個の振動子は電気的には並列になるように、接続、構成されている。
【００４５】
更に、上記実施例の幅縦水晶振動子は、振動部、接続部と支持部とを具えて構成されているように複雑な形状をしている。又、本発明の幅縦水晶振動子を化学的エッチング法によって加工した場合、その加工速度が極めて遅いのが実状である。それ故、本発明の幅縦水晶振動子の加工は、物理的、あるいは機械的な方法を用いて行われ、前記振動子は一体に形成される。即ち、質量を有する粒子を水晶板に物理的、あるいは機械的方法で衝突させ、それにより水晶板の原子、分子を飛散させて振動子の形状を加工するものである。ここではこの方法を粒子法と呼ぶことにする。この方法は化学的エッチング法による加工法とは異なる方法であると同時に、加工速度が極めて早いのが特長である。外形形状の加工時間が非常に短縮されるので安価な振動子を提供することができる。
【００４６】
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものではなく、例えば、上記第６実施例における幅縦圧電結晶振動子では、互いに特性が異なる二種類の水晶振動子を一体に結合して形成しているが、一体接合する幅縦水晶振動子の種類は三種類以上であっても良い。又、本発明の支持部の形状は第１実施例から第６実施例の形状に限定されるものでなく、本発明の支持部の形状は、接続部を介して振動部と接続されるいかなる形状をも包含するものである。
【００４７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の振動子形状と電極及びカット角とを有する幅縦水晶振動子を提供することにより、次の如き著しい効果が得られる。
（１）幅縦水晶振動子を駆動する圧電定数が非常に大きいので、電気機械変換効率が良くなる。その結果、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい、品質係数Ｑ値の高
い、しかも超小型の幅縦水晶振動子を得ることができる。
（２）振動部の対抗面に互いに異極となる電極が配置されることにより、電界が電極に対して垂直に働く。その結果、電気機械変換効率が良くなるので、　　　等価直列抵抗Ｒ_１の小さい幅縦水晶振動子が得られる。同時に、品質係数Ｑ値が高くなる。
（３）振動部に複数対の電極が配置されているので、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい、高周波数の幅縦水晶振動子が実現できる。
（４）２個の幅縦水晶振動子を粒子法によって一体に形成でき、小型で周波数温度特性に優れた水晶振動子が実現できる。
（５）カット角の選択により頂点温度Ｔ_ｐを変えることができる。と同時に、主振動が単一の振動モードで振動するので、頂点温度を変えずに周波数調整をすることができる。即ち、製造工程が簡単になるので、安価な幅縦水晶振動子を得ることができる。
（６）幅縦水晶振動子を粒子法によって形成できるので、量産性に優れ、１枚のウエハ上に多数個の振動子を一度にバッチ処理にて形成できるので、安価な水晶振動子が実現できる。
（７）本発明の幅縦水晶振動子は振動部、接続部及び支持部を具えて構成されるので、固定部や台座等への支持による振動エネルギー損失が小さくなり、耐衝撃性に優れた水晶振動子が得られる。
（８）複数個の幅縦水晶振動子を一体に形成し、更に、電気的に並列に接続されるので、等価直列抵抗Ｒ_１が小さくなる。例えば、２個の場合で同じ等価直列抵抗Ｒ_１を有する時、本発明の振動子では約半分の等価直列抵抗Ｒ_１ ^{になる。それ故、一体結合する振動子の個数を増やすことができ、これに}より、更に等価直列抵抗Ｒ_１を小さくすることができる。
（９）複数個の幅縦水晶振動子を一体に形成し、更に、電気的に並列に接続されるので、何らかの理由でそれら振動子のうちの１個が破損しても、振動子としての機能を維持することができる。
（１０）等価直列抵抗Ｒ_１の小さい超小型の幅縦水晶振動子が搭載されるので、超小型の水晶ユニットが高品質で実現できる。
（１１）複数個の幅縦水晶振動子が、別々の各ユニットのケースに収納されるのでなく、同じユニットのケースに収納されるので、安価な水晶ユニットが実現できる。と同時に、これらの振動子を電気的に並列に接続することに　　　より、周波数温度特性に優れた水晶ユニットが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の幅縦水晶振動子の形成に用いる水晶板のカット角とその座標系との関係である。
【図２】本発明の第１実施例の幅縦水晶振動子の上面図（ａ）と側面図（ｂ）である。
【図３】本発明の第２実施例の幅縦水晶振動子の上面図（ａ）と下面図（ｂ）である。
【図４】本発明の第３実施例の幅縦水晶振動子の上面図（ａ）と下面図（ｂ）である。
【図５】上記第１実施例から第３実施例の幅縦水晶振動子の周波数温度特性の一例を示す線図である。
【図６】本発明の第４実施例の幅縦水晶振動子の上面図（ａ）と下面図（ｂ）である。
【図７】本発明の第５実施例の幅縦水晶振動子の上面図である。
【図８】本発明の第６実施例の幅縦水晶振動子の形状を示す上面図である。
【図９】図８の幅縦水晶振動子の電気的な接続図である。
【図１０】図８で示された実施例の幅縦水晶振動子の周波数温度特性の一例を示す。
【図１１】本発明の水晶ユニットの側面図である。
【図１２】ＮＳ−ＧＴカット幅・長さ縦結合水晶振動子の上面図である。
【図１３】ＮＳ−ＧＴカット幅・長さ縦結合水晶振動子の側面図である。
【符号の説明】
ｘ　水晶の電気軸
ｙ　水晶の機械軸
ｚ　水晶の光軸
ｘ′ｘ軸の新軸
ｚ″ｚ軸の新軸
１　水晶板
Ｗ_０　振動部の幅
Ｌ_０　振動部の長さ
Ｔ_０　振動部の厚み
θｘ，θｙ，θ　角度
２，１２，２８，５０，６４，７６，７７，１４４，１４５　幅縦水晶振動子
３，１３，２９，５１，６５，９２，９３　振動部
６，９，１４，２１，３０，３５，５２，５５，６６，６７，６８，７１，７２，７３，７８，８１，８４，８７　接続部
８，１１，１６，２０，２３，３４，５４，５７，７０，７５，８０，８３，８６，８９　マウント部
７，１０，１５，２２，４１，４２，５３，５６，６９，７４，７９，８２，８５，８８　支持部
４，５，２４，２５，２６，２７，３７，３８，３９，４０，５８，５９，６０，６１，６２，６３　電極
５８ａ，６１ａ　接続電極
ｅ_１２　圧電定数
Ｒ_１　等価直列抵抗
Ｑ　品質係数
Ｅ_ｘ　電界
１７，１８，１９，３１，３２，３３，３６　支持フレーム
９０，９１　フレーム
７ａ，１０ａ，１５ａ，２２ａ，４３，５３ａ，５６ａ，６９ａ，７４ａ　穴
４４，４５，４６　曲線
Ｔ_ｐ　頂点温度
１４６，１４７　幅縦水晶振動子の周波数温度特性
１４８　補正された周波数温度特性

Claims (4)

1. 振動部と接続部と支持部とを具えて構成され、前記振動部の幅寸法は長さ寸法より小さく、厚み寸法より大きい幅縦水晶振動子において、
   前記水晶振動子は電気軸ｘ軸に垂直となるＸ板水晶をｘ軸を回転軸として角度θ_ｘ＝−２０°〜＋２０°回転し、更に、機械軸ｙ軸の回転後の新軸ｙ′軸を回転軸として角度θｙ＝−１０°〜＋１０°回転した水晶板から形成されていて、さらに、ｘ軸の回転後の新軸であるｘ′軸に垂直な面となる振動部の上下面には極性の異なる少なくとも一対の電極が対抗して配置され、且つ、前記水晶振動子の振動部と接続部と支持部とは粒子法により一体形成された形状を有し、さらに、前記幅寸法に共振周波数が反比例し、主振動が単一の振動モードで振動する横効果型の水晶振動子である事を特徴とする幅縦水晶振動子。
2. 振動部と接続部と支持部とを具えて構成され、前記振動部の幅寸法は長さ寸法より小さく、厚み寸法より大きい幅縦水晶振動子において、
   前記水晶振動子は電気軸ｘ軸に垂直となるＸ板水晶を機械軸ｙ軸を回転軸として角度θ_ｙ＝−１０°〜＋１０°回転し、更に、電気軸ｘ軸の回転後の新軸ｘ′軸を回転軸として角度θ_ｘ＝−２０°〜＋２０°回転した水晶板から形成されていて、さらに、ｘ軸の回転後の新軸であるｘ′軸に垂直な面となる振動部の上下面には極性の異なる少なくとも一対の電極が対抗して配置され、且つ、前記水晶振動子の振動部と接続部と支持部とは粒子法により一体形成された形状を有し、さらに、前記幅寸法に共振周波数が反比例し、主振動が単一の振動モードで振動する横効果型の水晶振動子である事を特徴とする幅縦水晶振動子。
3. 振動部と接続部と支持部とを具えて構成され、幅寸法に共振周波数が反比例し、単一振動モードで振動する幅縦水晶振動子で、前記振動部の上面と下面に電極が配置され、前記振動子は圧電定数ｅ_１２の絶対値が０．１２３〜０．１８Ｃ／ｍ^２を有する水晶板から形成された事を特徴とする幅縦水晶振動子。
4. 水晶振動子と、その水晶振動子を収納する表面実装型のケースと、蓋とを具えて構成される水晶ユニットにおいて、
   前記ケース内には前記水晶振動子として、請求項１又は請求項２又は請求項３に記載の幅縦水晶振動子を具えた事を特徴とする水晶ユニット。

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