JP3864056B2 - 水晶振動子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は高安定用とした水晶振動子を産業上の技術分野とし、特に小型化を維持して衝撃特性を改善した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ている。
【0003】
(従来技術の一例)第9及び第10図は一従来例を説明する水晶振動子の図で、第9図はカバーを除く断面図、第10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、両端外周部の端面(両端面とする)に引出電極4(ab)を延出する。あるいは、両端面に引出電極4(ab)と接続する例えば銀(Ag)を主とした導電剤を塗布する。なお、これらを含めて端面電極5とする。
【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の両端面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11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。また、図示しない導電性接着剤を使用して保持した場合に比較し、硬化時の収縮等による応力の発生を防止する。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、水晶片1の両端面を保持(2点保持)するので、上述のように電気的特性は良好にするが、落下等の衝撃に弱く所謂耐衝撃性に劣る問題があった。特に、この場合には、低背化を促進するため、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接合する。
【0011】
したがって、リード端子8を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があった。
【0012】
このため、水晶片1の両端面に直交する他方の両端面をもブレージングによって保持し、4点端面保持とすることが考えられた。しかし、この場合には、水晶片1における他方の両端面は電気的接続を要しないので、金鑞10等を使用するブレージングによる保持には経済的に無駄になる問題があった。
【0013】
(発明の目的)本発明は、電気的特性、耐衝撃性及び小型化を維持してしかも経済的な水晶振動子を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は、特許請求の範囲(請求項1)に示したように、両主面に設けた励振電極及び引出電極と電気的に接続した端面電極を外周部両端面に有する水晶片と、前記水晶片の主面と表面が対向して前記表面に釘頭部が突出したリード端子を有する金属ベースと、前記釘頭部に水平部を接合してなるL字状の第1サポータとを具備してなる水晶振動子において、前記端面電極を有する外周部両端面は直線状に切欠されて軸方向を明示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であって、前記端面電極を有する外周部端面とサポータとはゲルマニウムを含む金鑞による熱圧着によって接続し、前記端面電極を有する外周部端面以外の外周部両端面を接着剤によって第2サポータに機械的にのみ接続した構成とする。
【0015】
【作用】
本発明では、端面電極を有する両端面と電気的・機械的に接続する以外に他の端面を機械的に保持するので、保持強度を増す。そして、いずれも端面を保持するので、振動変位に対する影響を小さくする。さらに、機械的にのみ保持する端面は接着剤を使用して接続するので、金鑞を用いたブレージングより安価になる。また、端面電極を有する外周部両端面は直線状に切欠されるので軸方向を明示するとともに熱圧着を容易にする。以下、本発明の一実施例を説明する。
【0016】
【第1実施例】
第1図及び第2図は本発明の一実施例を説明する図で、第1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2図はフランジを除く金属ベースの平面図である。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一方の両端面に励振電極3(ab)に接続する端面電極5を有する円状の水晶片1からなる。そして、金属ベース2上に水晶片1の主面を対面して金鑞10を用いたブレージングによって、リード端子8(ab)の釘頭部7に接続したサポータ(便宜的に第1サポータとする)9(ab)に両端面を電気的・機械的に接続して保持する(前第9図参照)。
【0017】
そして、この実施例では、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。そして、前述したL字状とする第2サポータ9(cd)の水平部を各リード端子8(cd)の釘頭部7に接続し、水晶片1の一方の両端面と直交する他方の両端面を、端面を中心として接着剤11によって機械的に接続する。
【0018】
このような構成であれば、金鑞10を用いたブレージングによって、一方の両端面に設けて励振電極3(ab)に至る端面電極5と接続するので、電気的な接続を確実にして水晶片1を励振する。そして、一方の両端面と直交する水晶片1の他方の両端面を接着剤11によって接続するので、一方の両端面と相俟って幾何学的に最も安定な4点端面保持とする。
【0019】
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、釘頭部7とサポータ9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。そして、水晶片1の保持強度を高めて耐衝撃性を向上する。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)を維持する。
【0020】
なお、他方の両端面を接続する接着剤11は、回り込み等によって両主面に多少塗布されるが、振動特性は維持する。すなわち、この実施例では端面電極5の形成された一方の両端面をZ′軸から傾斜した+30(又は−30)度として、機械的な保持のみとする他方の両端面は直交方向とする。したがって、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、接着剤11の回り込みによる主面への塗布の影響は小さく、振動特性を維持する。
【0021】
【第2実施例】
第3図は本発明の第2実施例を説明する水晶振動子の平面図である。なお、前実施例と同一部分の説明は省略する。
第1実施例では、端面電極5の形成された一方の両端面を結ぶ方向を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基本的に4点端面保持とする。しかし、他方の両端面を結ぶ方向は応力感度零軸ではなく、応力による振動周波数の変化、例えば接着剤11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劣化させる。
【0022】
第2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金鑞を用いたブレージングによる電気的・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接着剤11によって第2サポータ9cに接続して保持する。
【0023】
このようにすれば、端面電極5を有する一方の両端面と直交す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、応力感度特性による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。
【0024】
【第3実施例】
第4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、前実施例と同一部分の説明は省略する。
第3実施例は、第2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3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金鑞を用いたブレージングによって電気的・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接着剤11によって第2サポータ9(cd)に機械的にのみ接続する。
【0025】
このようなものでは、ブレージングによって電気的・機械的に接続する両端面間及び接着剤11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する。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。
【0026】
【第4実施例】
第5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1〜第3実施例とは異なり、水晶片の端面電極5を応力感度零軸の両端面ではなく中心から120度離れた両端面としてブレージングによって、電気的・機械的に接続する。そして、各端面電極5から120度離れた端面を接着剤11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。
【0027】
このようなものでは、幾何学的に安定な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。
【0028】
【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。
【0029】
なお、SCカットは、第6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。
【0030】
また、金鑞10によるブレージングとしたが、鑞材としては銀(Ag)等でもよく金属であればよい。そして、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。
【0031】
また、第2サポータ9(cd)はL字状の平板状としたが、例えば第7図に示したように水晶片1の外周部を仮保持する傾斜部を設けるとともに、水晶片1の端面を露出するスリット12を設けて、外側から端面を中心として接着剤を塗布するようにしてもよい(第8図)。このようにすれば、接着剤の塗布時に水晶片を安定にすると同時に端面を中心とした塗布作業を容易にする。
【0032】
【発明の効果】
本発明は、両主面に設けた励振電極及び引出電極と電気的に接続した端面電極を外周部両端面に有する水晶片と、前記水晶片の主面と表面が対向して前記表面に釘頭部が突出したリード端子を有する金属ベースと、前記釘頭部に水平部を接合してなるL字状の第1サポータとを具備してなる水晶振動子において、前記端面電極を有する外周部両端面は直線状に切欠されて軸方向を明示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であって、前記端面電極を有する外周部端面とサポータとはゲルマニウムを含む金鑞による熱圧着によって接続し、前記端面電極を有する外周部端面以外の外周部両端面を接着剤によって第2サポータに機械的にのみ接続した構成とするので、電気的特性、耐衝撃性及び小型化を維持してしかも経済的な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実施例を説明するカバー及び金属ベースを除く水晶振動子の平面図である。
【図2】 本発明の第1実施例を説明する金属ベースの平面図である。
【図3】 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4】 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5】 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6】 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7】 本発明の各実施例における第2サポータの他の例である。
【図8】 本発明の各実施例における第2サポータの他の例による接着剤の塗布図である。
【図9】 従来例を説明する水晶振動子の断面図である。
【図10】 従来例を説明する水晶振動子の平面図である。
【図11】 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。
【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 接着剤、12 スリット。
Claims (5)
- 両主面に設けた励振電極及び引出電極と電気的に接続した端面電極を外周部両端面に有する水晶片と、前記水晶片の主面と表面が対向して前記表面に釘頭部が突出したリード端子を有する金属ベースと、前記釘頭部に水平部を接合してなるL字状の第1サポータとを具備してなる水晶振動子において、前記端面電極を有する外周部両端面は直線状に切欠されて軸方向を明示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であって、前記端面電極を有する外周部端面とサポータとはゲルマニウムを含む金鑞による熱圧着によって接続し、前記端面電極を有する外周部端面以外の外周部両端面を接着剤によって第2サポータに機械的にのみ接続したことを特徴とする水晶振動子。
- 前記水晶片はATカットであって、前記端面電極を有する外周部両端面はATカットとする結晶軸Z′軸からX軸方向に傾斜した請求項1の水晶振動子。
- 前記水晶片はSCカットであって、前記端面電極を有する外周部両端面はSCカットとする結晶軸からZ′軸からX′軸方向に傾斜した請求項1の水晶振動子。
- 前記リード端子の釘頭部と前記第1サポータの水平部とはレーザ溶接である請求項1の水晶振動子。
- 前記第2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する請求項1の水晶振動子。
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