JP3753619B2 - 水晶振動子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水晶振動子を産業上の技術分野とし、特に経済性を重視して耐衝撃特性を改善した高安定用の水晶振動子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（発明の背景）水晶振動子は、周波数及び時間の基準源として周知され、このようなものに例えば通信機器用として周波数安定度の高い、恒温槽等を使用した高安定用の水晶振動子がある。近年では、これらのものにおいても、小型化特に低背化が求められ、しかも経済性及び耐衝撃性が要求されている。
【０００３】
（従来技術の一例）第１１図及び第１２図は一従来例を説明する水晶振動子の図で、第１１図はカバーを除く断面図、第１２図はカバー及び金属ベースを除く平面図である。
水晶振動子は例えばＡＴカットとした円状の水晶片１からなり、その主面を金属ベース２の表面に対向して保持する。水晶片１の両主面には励振電極３（ａｂ）が形成される。そして、両端外周部に引出電極４（ａｂ）を延出して、端面電極５を形成する。
【０００４】
金属ベース２は、ガラス６によって気密化してベース本体を貫通し、釘頭部７とした先端を表面上に突出した一対のリード端子８（ａｂ）を有する。各リード端子８（ａｂ）の先端とした釘頭部７には、レーザー溶接によって、内面が対向するＬ字状としたサポータ９（ａｂ）の各水平部が接続される。
【０００５】
そして、サポータ９（ａｂ）の対向面には例えばゲルマニウム（Ｇｅ）を含む金鑞１０を施し、水晶片１の両端外周部の外周部端面（両端面とする）と熱圧着によって接合する（所謂ブレージング、鑞付け）。ここでは、両端面は直線状に切欠されて、結晶軸（ＸＹＺ）の軸方向を明示するとともに熱圧着を容易にする。ここでの、両端面を結ぶ方向は、ＡＴカットとする結晶軸（ＸＹ′Ｚ′）のＺ′軸から約＋３０度又は−３０度、Ｘ軸方向に傾斜して、応力に対する周波数変化が最も小さい方向の応力感度零軸とする。
【０００６】
なお、ＡＴカットは、第１３図に示したように、結晶軸（ＸＹＺ）のＹ軸に直交する主面がＺ軸からＹ軸に約３５度１５分傾斜した切断角度であり、傾斜した新たな軸をＹ′Ｚ′軸としている。
【０００７】
そして、水晶片１を金鑞１０によるブレージングによって保持した後、冷間圧接や抵抗溶接等によって、金属ベース２にカバー（未図示）を接合して密閉封入される。図では、冷間圧接や抵抗溶接用の金属ベース２の外周に形成されるフランジは省略してある。そして、水晶振動子を恒温槽に収容して、高安定とした水晶発振器を形成する。
【０００８】
このようなものでは、水晶片１の端面電極５を設けた両端面が金鑞１０を用いたブレージングによって保持されるので、例えば主面を保持した場合に比較して振動変位に対する影響を小さくする。したがって、水晶振動子の振動特性（電気的特性）を良好にし、例えばクリスタルインピーダンス（ＣＩ）を小さくする。
【０００９】
また、リード端子８の先端を釘頭部７として金属ベース２の表面に突出し、Ｌ字状としたサポータ９（ａｂ）の各水平部を接続する。したがって、従来のように同一径としたリード端子の先端を金属ベース２の表面から突出して平板状のサポータをスポット抵抗溶接した場合（未図示）に比較し、特に高さ寸法を小さくして低背化を促進する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
（従来技術の問題点）しかしながら、上記構成の水晶振動子では、金鑞１０を用いたブレージングによる保持なので、電気的特性は良好とするものの高価な材料（金）及び熱圧着装置を要して経済性に欠ける問題があった。
【００１１】
このことから、経時的な周波数安定度は多少劣るものの金鑞によるブレージングに代えて、導電性接着剤１１によって水晶片１の両端面を主として保持することが考えられた。例えば後述するＬ字状としたサポータ９（ａｂ）の折曲部に傾斜部を設けて上方の折目部に導電性接着剤１１を塗布し、水晶片１おける両端外周部の下端側を仮保持する。次に、水晶片の上端側に導電性接着剤１１を塗布して、サポータ９（ａｂ）の内面と水晶片１の端面との間に導電性接着剤１１を侵入させる。そして、例えば加熱によって硬化させ、水晶片の端面を保持する。
【００１２】
しかし、この場合、サポータ９（ａｂ）の内面と水晶片１の端面との間に導電性接着剤１１がその粘性によって侵入することなく、両者間に間隙１２を形成し（第１４図）、接続強度を低下させる。このため、耐衝撃性を悪化する問題があった。なお、両者間の間隔を大きくすることが考えられるが、この場合は導電性接着剤１１の厚みが大きくなり、接着強度を低下させる。
【００１３】
また、上記構成の水晶振動子では、低背化を促進するため、一対のリード端子８の先端を釘頭部７としてレーザー（ビーム）溶接によって点的に２カ所を接合する。したがって、リード端子８に釘頭部７を設けることなく同一径とした従来に比して接合強度も弱く、釘頭部７とサポータ９（ａｂ）の接合点を中心とした回転モーメントによって水晶片に応力を生じさせる。あるいは、両端面を結ぶ直線を中心として水晶片に横揺れを生じさせやすく、耐衝撃性を劣化させる問題もあった。
【００１４】
（発明の目的）本発明は、経済性を高めて耐衝撃性を向上した水晶振動子を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、平板状とした第１サポータにスリットを設けて水晶片の両端面を露出し、ＡＴカットとする結晶軸（ＸＹ′Ｚ′）のＺ′軸からＸ軸方向に傾斜して応力に対して振動周波数の変化を最小にする方向にサポータの外面側から水晶片の両端面を中心として導電性接着剤を塗布して電気的・機械的に接続するとともに、金属ベース上にスリットを有する第２サポータを設け、水晶片の引出電極の延出した両端外周部とはＺ′軸を中心として対称となる両端外周部の外周部端面をスリットに露出し、第２サポータの外面側から水晶片の外周部端面を中心として接着剤を塗布し、水晶片の引出電極の延出した両端外周部とはＺ′軸を中心として対称となる両端外周部の外周部端面と前記第２サポータとを機械的にのみ接続したことを基本的な解決手段とする。
【００１６】
【作用】
本発明では、水晶片の外周部端面をスリットに露出して、第１及び第２サポータの外面側から外周部端面を中心として導電性接着剤又は接着剤を塗布する。したがって、水晶片の外周部端面を中心とする導電性接着剤又は接着剤によって、水晶片とサポータとを電気的・機械的に確実に接続するとともに応力に対して振動周波数の変化を最小にする方向に第１サポータ、水晶片の引出電極の延出した両端外周部とはＺ′軸を中心として対称となる方向に第２サポータを設けることで、応力変化による振動周波数の変化を防止する。以下、本発明の一実施例を説明する。
【００１７】
【第１実施例】
第１図乃至第４図は本発明の一実施例を説明する図で、第１図は水晶振動子の正断面図、第２図は同側面図、第３図は同平面図、及び第４図はサポータの図である。なお、前従来例図と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。
水晶振動子は前述同様に、ＡＴカットとして両主面に励振電極３（ａｂ）を有し、応力感度零軸となる両端外周部に引出電極４（ａｂ）を延出した円状の水晶片１からなる。但し、ここでは前述の端面電極は形成しない。また、軸方向を示す切欠部は一方のみとし、図では切欠部は省略してある。そして、金属ベース２上に主面を対面し、リード端子８の釘頭部７に接合した一対のサポータ９に電気的・機械的に接続して保持する。
【００１８】
この実施例では、一対のサポータ９は先に示した傾斜部を有するＬ字状とし、垂直部から傾斜部にかけて板面を貫通するスリット１２を有する。そして、水晶片１の引出電極４（ａｂ）の延出した両端外周部を傾斜部の上方の折目に仮保持して、外周部端面をスリット１２に露出する。基本的には、外周部端面をスリット１２から突出させない。そして、第２図に示したようにサポータ９（ａｂ）の外面側から、外面を含めて外周部端面を中心として導電性接着剤１１を塗布する。
【００１９】
このようなものでは、水晶片１の両端外周部をサポータのスリット１２に露出するので、導電性接着剤１１は水晶片１の外周部端面に確実に塗布される。また、導電性接着剤１１はスリット１２から侵入して、水晶片１の主面に回り込む。さらには、水晶片１の外周部端面から非露出端面とサポータの内面との間にも侵入する。
【００２０】
これらことから、サポータ９（ａｂ）と水晶片１とは、水晶片１の外周部端面を中心として両主面と非露出端面とが導電性接着剤１１によってサポータ９（ａｂ）の内外面に接続するので、機械的な接続強度を高める。したがって、耐衝撃性を向上する。そして、両端外周部の主面に延出した引出電極４（ａｂ）とも接続するので、電気的な接続も確実にする。
【００２１】
また、この例では、サポータ９（ａｂ）に傾斜部を設けたので、水晶片１の両端外周部を仮保持できて、導電性接着剤１１の塗布作業を容易にする。
【００２２】
【第２実施例】
第５図及び第６図は本発明の第２実施例を説明する図で、第５図はカバー及び金属ベースを除く水晶振動子の平面図、第６図はフランジを除く金属ベースの平面図である。なお、前第１実施例と同一部分の説明は省略する。
【００２３】
第２実施例では、金属ベース２の一対の気密化したリード端子８（ａｂ）に対して直交する方向にさらに一対のリード端子８（ｃｄ）を追加する。リード端子８（ｃｄ）の釘頭部７には、前述したＬ字状とする第２サポータ９（ｃｄ）の水平部が接合する。そして、水晶片１１の引出電極４（ａｂ）の延出した一方の両端面と直交する他方の両端面を、前述同様に端面を中心とした絶縁性接着剤１３によって機械的にのみ接続する。
【００２４】
このような構成であれば、引出電極の延出する方向の一方の両端面は導電性接着剤１１によって第１サポータ９（ａｂ）に、これと直交する水晶片１の他方の両端面は絶縁性接着剤１３によって第２サポータ９（ｃｄ）に接続するので、幾何学的に安定な４点端面保持とする。
【００２５】
したがって、従来の２点端面保持に比較して全体として接合強度も高まり、リード端子（ａｂｃｄ）の釘頭部７とサポータ９（ａｂｃｄ）の接合点を中心とした回転モーメントを弱めて、水晶片１への応力発生を防止する。また、一方の両端面を結ぶ直線を中心とした横揺れをも防止する。したがって、水晶片１の保持強度を高めてさらに耐衝撃性を向上し、低背化を維持する。また、水晶片１の４点とした端面を基本的に保持するので、振動変位に与える影響が小さくＣＩ等の電気的特性（振動特性）の低下を軽減する。
【００２６】
なお、機械的な保持のみとする他方の両端面を結ぶ方向は応力感度零軸と直交方向とするが、振動の変位方向であるＸ軸方向からズレるので、応力感度特性の影響は少なくなる。
【００２７】
【第３実施例】
第７図は本発明の第３実施例を説明する水晶振動子の平面図である。前実施例と同一部分の説明は省略する。
第２実施例では、引出電極４（ａｂ）の延出方向となる一方の両端面は応力感度零軸として電気的・機械的に保持するものの、これと直交する他方の両端面を保持して４点端面保持とする。そして、他方の両端面を結ぶ方向は、振動の変位方向であるＸ軸方向からズレるので応力感度特性の影響は少なくなるとしたが、基本的には応力感度零軸ではなく例えば絶縁性接着剤１３の固着強度の変化により振動周波数を変化させて経年変化特性を低下させる。
【００２８】
第３実施例はこの点を改善するもので、応力感度零軸とした一方の両端面を導電性接着剤１１による電気的・機械的な接続として、これと直交する他方の両端面の一方のみを絶縁性接着剤１３によって第２サポータ９ｃに接続して保持する構成とする。
【００２９】
このようにすれば、応力感度特性を有する軸方向となる他方の両端面間では一方のみが保持されるので、両端面間には基本的に応力が発生しない。したがって、応力感度特性に起因した経年変化特性を良好にし、保持強度も高めて耐衝撃性を向上できる。
【００３０】
【第４実施例】
第８図は本発明の第４実施例を説明する水晶振動子の平面図で、前実施例と同一部分の説明は省略する。
第４実施例は、第３実施例と同様に第１実施例の応力感度特性による経年変化特性の低下を改善するものである。すなわち、第４実施例では、応力感度零軸例えばＺ′軸から＋３０度傾斜した方向の一方の両端面を導電性接着剤１１によって第１サポータ９（ａｂ）に電気的・機械的に接続する。そして、ここでは、もう一方の応力感度軸すなわちＺ′軸から−３０度傾斜した方向の他方の両端面を絶縁性接着剤１３によって第２サポータ９（ｃｄ）に機械的にのみ接続する。
【００３１】
このようなものでは、導電性接着剤１１によって電気的・機械的に接続する両端面間及び絶縁性接着剤１３によって機械的にのみ接続する両端面間を結ぶ方向をいずれも応力感度零軸となる。そして、例えばサポータ９ａと９ｄあるいは９ｂと９ｃを結ぶ直線方向は振動変位の最も大きい中央を、この例では振動領域となる励振電極３（ａｂ）部分を外れるので、同方向の応力による振動周波数の変化を軽減する。したがって、応力変化による振動周波数の変化を防止して、４点端面保持として対称性を有し、保持強度をさらに高めて耐衝撃性を向上する。
【００３２】
【第５実施例】
第９図は本発明の第５実施例を説明する水晶振動子の平面図で、前実施例と同一部分の説明は省略する。
第５実施例は、第１〜第４実施例とは異なり、水晶片１の引出電極を応力感度零軸となる両端外周部ではなく、例えば一方をＺ´軸上として中心から互いに１２０度離れた両端外周部に延出する。そして、導電性接着剤１１によって前述の第１サポータ９（ａｂ）に、電気的・機械的に接続する。また、引出電極の延出した両端外周部から１２０度離れた端面を絶縁性接着剤１３によって第２サポータ９ｃに機械的にのみ接続して保持する。
【００３３】
このようなものでは、幾何学的に最も安定な３点端面保持とするので耐衝撃性を向上する。そして、前述のように各端面を結ぶ直線上は中央部の振動領域を外れるので、応力による振動周波数への影響を軽減する。
【００３４】
【他の事項】
上記実施例では、水晶片１をＡＴカットとして説明したが、ＳＣカットとしてもよく厚みすべり振動姿態であれば適用できる。但し、この場合の応力感度軸は２回回転によるＳＣカットの結晶軸（Ｘ′Ｙ′′Ｚ′）のＺ′からＸ′方向へ＋８度傾斜した軸方向となる。
【００３５】
なお、ＳＣカットは、第１０図に示したように、結晶軸のＹ軸に直交した主面をＺ軸を中心としてＸ軸からＹ軸方向に約２２度回転し、回転した新たなＸ′軸を中心としてＺ軸から新たなＹ′軸（未図示）方向に約３４度回転してなる。なお、新たな軸はＸ′Ｙ′′Ｚ′となる。
【００３６】
また、第２サポータ９（ｃｄ）は、気密化されたリード端子８（ｃｄ）の釘頭部７に接続したが、金属ベース２上に直接的に接続してリード端子８（ｃｄ）を除去してよい。また、第１及び第２サポータ９（ａｂｃｄ）は仮保持用の傾斜部をもったＬ字状としたが、例えば治具等によって仮保持する場合は傾斜部は不要となる。
【００３７】
また、リード端子８（ａｂｃｄ）は金属ベースの表面に突出する釘頭部を有するとしたが、釘頭部７を有しない同一断面径であってもよい。そして、サポータ９（ａｂｃｄ）はＬ字状でなく垂直部のみの平板状として、その下方部を抵抗スポット溶接で接続すればよい。但し、前述のように釘頭部７を設けた方が低背化するので各実施例の方が小型化の点で有利となる。
【００３８】
また、水晶片１の引出電極４（ａｂ）の延出した両端外周部の端面には電極を形成しなかったが、引出電極４（ａｂ）を端面に延出してもさらに他方の主面に折り返してもよい。この場合、導電性接着剤１１と引出電極４（ａｂ）との電気的接続をさらに確実にする。また、機械的な保持は絶縁性接着剤１３としたが、導電性接着剤１１であってもよい。
【００３９】
要するに、本発明では、金鑞を用いたブレージングによる端面保持に代えて経済的な導電性接着剤１１による端面保持を採用する際、水晶片１の端面とサポータ９との機械的接続を確実にして耐衝撃性を向上するため、サポータ９にスリット１２を設けて外面側から導電性接着剤１１を塗布することを基本的な趣旨とするもので、上記以外の適宜自在な変更を含めてこのような趣旨に基づくものは本発明の技術的な範囲に属する。
【００４０】
【発明の効果】
本発明は、平板状としたサポータにスリットを設けて水晶片の外周部端面を露出し、サポータの外面側から水晶片の外周部端面を中心として導電性接着剤を塗布し、応力に対して振動周波数の変化を最小にする方向に第１サポータ、水晶片の引出電極の延出した両端外周部とはＺ′軸を中心として対称となる方向に第２サポータを設けたので、経済性を高めて耐衝撃性を向上した水晶振動子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を説明する水晶振動子の断面図である。
【図２】本発明の第１実施例を説明する水晶振動子の一部側面図である。
【図３】本発明の第１実施例を説明する水晶振動子の平面図である。
【図４】本発明の第１実施例を説明するサポータの図である。
【図５】本発明の第２実施例を説明する水晶振動子の平面図である。
【図６】本発明の第２実施例を説明する金属ベースの平面図である。
【図７】本発明の第３実施例を説明する水晶振動子の平面図である。
【図８】本発明の第４実施例を説明する水晶振動子の平面図である。
【図９】本発明の第５実施例を説明する水晶振動子の平面図である。
【図１０】本発明の適用するＳＣカットとした水晶片の切断方位図である。
【図１１】従来例を説明する水晶振動子の断面図である。
【図１２】従来例を説明する水晶振動子の平面図である。
【図１３】従来例を説明するとともに本発明に適用されるＡＴカットとした水晶片の切断方位図である。
【図１４】従来例の問題点を指摘する水晶振動子の一部断面図である。
【符号の説明】
１ 水晶片、２ 金属ベース、３ 励振電極、４ 引出電極、５ 端面電極、６ガラス、７ 釘頭部、８ リード端子、９ サポータ、１０ 金鑞、１１ 導電性接着剤、１２ スリット、１３ 絶縁性接着剤。

Claims (1)

1. 励振電極の形成された水晶片の主面を金属ベースに対面して励振電極から引出電極の延出した両端外周部の端面を、前記金属ベースのリード端子に設けられた第１サポータに導電性接着剤によって電気的・機械的に接続してなる水晶振動子において、前記サポータは平板状として前記水晶片の外周部端面が露出するスリットを有し、前記水晶片はＡＴカットであって、前記水晶片の引出電極の延出した両端外周部はＡＴカットとする結晶軸（ＸＹ′Ｚ′）のＺ′軸からＸ軸方向に傾斜して応力に対して振動周波数の変化を最小にする方向にするとともに、前記サポータの外面側から前記水晶片の外周部端面を中心として前記導電性接着剤を塗布し、前記水晶片の両端外周部と前記サポータとを電気的・機械的に接続し、また前記金属ベース上にスリットを有する第２サポータを設け、前記水晶片の引出電極の延出した両端外周部とはＺ′軸を中心として対称となる両端外周部の外周部端面を前記スリットに露出し、前記第２サポータの外面側から前記水晶片の外周部端面を中心として接着剤を塗布し、前記水晶片の引出電極の延出した両端外周部とはＺ′軸を中心として対称となる両端外周部の外周部端面と前記第２サポータとを機械的にのみ接続したことを特徴とする水晶振動子。

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