JP4499410B2 - 水晶振動子 - Google Patents

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Description

本発明は、パッケージのストレスを受けにくい水晶振動子に関する。
水晶振動子は、電子機器のクロック源や信号源として広く利用されている。クロック源や信号源であるのでより高安定な発振器が求められており、特に水晶板の支持に関しては、いろいろな工夫がこらされている。
水晶振動子は、気密封止するためパッケージに納めなければならない。気密パッケージは、ハーメチックやセラミックのパッケージで、直接パッケージに載置されるか、支持具に載置され支持される。しかしパッケージとリッド（蓋）が異なった材料の場合、封止後にリッドが金属で、パッケージがセラミックの場合に、リッドの方が膨張率が大きく、セラミックパッケージがそってしまう。またパッケージが回路基板に固着された時に、回路基板とパッケージとの膨張率の違いにより、パッケージがそる。このため水晶板に機械的ストレスがかかり、周波数が変化する可能性がある。水晶板が引っぱられたり、押されたりすることにより、周波数が変化する。よって出来るだけ水晶板に機会的ストレスがかからないような支持具を用いる必要がある。
図２は、従来技術の例を示す断面図であり、水晶振動板1０がセラミックパッケージ１２の支持台1１に載置されている。振動板の両端がセラミックパッケージに載置されて固着されているため、振動板に機械的ストレスがかかるおそれがある。気密封止のために、蓋１３が被せられ、真空雰囲気や乾燥窒素雰囲気等で封止されている。
水晶振動子の中でもＡＴカットの水晶板が使用される。ＡＴカットは、温度特性が三次曲線を持ち、広範囲な温度範囲で利用できる。また恒温槽に入れ、一定温度にすることにより、高安定な水晶振動子や発振器が得られる。またＳＣカットの水晶板を用いると、より安定な発振周波数を得ることが出来る。
特願２００１−１４４５７２号公報
本発明が解決しようとする問題点は、例えば最近よく利用されるセラミックパッケージでは、直接パッケージに支持台を設け、その支持台の上に直接水晶板を導電性接着剤や金パンプ等で固定するが、温度の変化によってセラミックのそりや変形が水晶板にかかり、機械的ストレスとなって周波数を変化させる。そのため水晶振動板に機械的ストレスが少ない支持具を持つ水晶振動子が必要とされてきた。
特許文献１では、水晶板の両端部を支持した例が示されている。しかし水晶板の両端を支持すると、パッケージが温度変化によって回路基板やリッドとの膨張率の違いによりそりや変形が起きるために、水晶板に機械的ストレスがかかり、周波数変化を生じてしまう。特に放送機器や基準発振器等に使用される高安定水晶発振器では、極力水晶に与える機械的ストレスを少なくする必要があり、そのため支持板を軟構造にする等の工夫をしていた。
本発明は、気密封止され、丸板の水晶板を支持具により支持された水晶振動子において、パッケージと１ヶ所で保持される基部と、該基部から３本以上の支持腕が前記丸板のほぼ中央部から延び、支持腕の先端部で前記丸板の水晶板を保持され、該基部と該支持腕は絶縁性の材料からなり一体構造である水晶振動子である。
本発明は、機械的ストレスを少なくするため、水晶板の支持具を水晶板のほぼ中央部に位置する固着基部から伸びる支持腕の先端部で支持した支持具を用いた水晶振動子により、パッケージの影響を極力少なくすることが出来た。支持腕と水晶振動板とは膨張率の近い材料を選択しており、この影響は受けない。
本発明により特に4方向に延びる支持腕の場合、９０度の角度で支持されているので、たとえ支持腕の膨張係数が水晶と多少異なっていても温度の変化により縦・横均一に機械的ストレスがかかるので、機械的ストレスによる影響を少なくすることを可能とした。
図１(ａ)は、本発明を説明する平面図、図1(ｂ)は断面図である。パッケージ１に支持具２が固定されている。支持具２は、基部３と支持腕４とからなり、水晶板５として、この例では丸板の水晶板を用いており、ほぼ中心に位置したところでパッケージ1と支持具２が固着されている。図面では水晶板５は点線で示している。支持具は、固着部から本例では９０度の角度で４方向支持腕が延びており、その先端部に水晶板を固着している。なお本実施例の図では励振電極は省略している。
支持腕は、絶縁性の材料の場合には、電極の引き回しのために、メタライズしている。パッケージ1との接続部分は、1点のみであり、基部３と支持腕4とは、それぞれ別々の部品でも良いが一体構造であってもよい。支持腕は、水晶に近い膨張率を持つセラミックを使用するが、絶縁材料として水晶を使用すると、水晶板と同じ線膨張係数を持つので、理想的である。最後にリッド（蓋）で気密構造としている。
本発明は、水晶振動子のほぼ中央部にパッケージとの接続点が１点あり、そこから延びる支持アーム（腕）の先端部で支持されることにより、パッケージの温度による伸び縮みの影響を極力少なくすることが出来た。これは４方バランスよく伸び縮みするので水晶板に与える影響が少なくなる。
本実施例の支持具は、水晶板の中心から４方に延びる支持腕の例を示したが、４本に限らず、３本以上であれば効果は同様であり、もっと支持腕が必要な場合には接続点より放射状に支持腕を伸ばし、その先端部で支持することにより、パッケージが温度変化によりリッドや回路基板からとの熱膨張係数の違いによるそりや変形が水晶板に影響を与えることはない。また水晶板でＡＴカットばかりでなく、ＳＣカットでもっとも効果を奏する。
図１では、水晶板として平面板を図示しているが、もちろんコンベックス振動板などであっても効果は同様である。
本発明は、高安定水晶振動子に限らず、通常の水晶振動子や他の圧電振動子、共振子であっても適用できる。
図1(ａ)は本発明の実施例を示す平面図、図1(ｂ)は本発明の実施例を示す断面図である。 図２は、従来技術を示す断面図である。
符号の説明
1 パッケージ
２ 支持具
３ 基部
４ 支持腕
５ 水晶板

Claims (1)

  1. 気密封止され、丸板の水晶板を支持具により支持された水晶振動子において、パッケージと１ヶ所で保持される基部と、該基部から３本以上の支持腕が前記丸板のほぼ中央部から延び、支持腕の先端部で前記丸板の水晶板を保持され、該基部と該支持腕は絶縁性の材料からなり一体構造であることを特徴とする水晶振動子。
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