(57)【要約】 【課題】  小型で、パッケージに収納しやすいピエゾ電子共振器を提供する。【解決手段】  本発明の同調フォーク形状のピエゾ電子共振器は、連結部（１６）により互いに接続された平行な振動アーム（１２、１４）を具備し、連結部（１６）から、前記振動アーム（１２、１４）の間を中央アーム（１８）が延び、振動アーム（１２、１４）は、それらを振動させる第１の電極（２０、２２）を具備し、第１の電極（２０、２２）は、前記中央アーム（１８）が具備する接続要素（２８、３０）に結合され、中央アーム（１８）に対向する側で、前記連結部（１６）の間に切られたスロット（８０）を有し、第２の電極（８２、８４）が、前記スロット（８０）に沿って延びる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連結部（１６）により互いに接続された平行な振動アーム（１２、１４）を具備した同調フォーク形状の共振器（１０）において、
前記連結部（１６）から、前記振動アーム（１２、１４）の間を中央アーム（１８）が延び、
前記振動アーム（１２、１４）は、それらを振動させる第１の電極（２０、２２）を具備し、
前記第１の電極（２０、２２）は、前記中央アーム（１８）が具備する接続要素（２８、３０）に結合され、
前記中央アーム（１８）に対向する側で、前記連結部（１６）の間に切られたスロット（８０）を有し、
第２の電極（８２、８４）が、前記スロット（８０）に沿って延びる
ことを特徴とするピエゾ電子共振器。
【請求項２】
前記スロット（８０）の一部分が、前記中央アーム（１８）内で、前記共振器（１０）の縦軸（Ｘ）に沿って延びる
ことを特徴とする請求項１記載の共振器。
【請求項３】
前記第２の電極（８２、８４）は、前記中央アーム（１８）内に延び、前記スロット（８０）の一部分に面するレリーフ・ゾーン（８６、８８）を具備する
ことを特徴とする請求項２記載の共振器。
【請求項４】
前記各振動アーム（１２、１４）の前面と後面の少なくとも一方に、少なくとも１個の溝（３６、３８）が形成される
ことを特徴とする請求項１−３のいずれかに記載の共振器。
【請求項５】
前記溝は、前記第２の電極（８２、８４）にくり抜いて形成される
ことを特徴とする請求項４に記載の共振器。
【請求項６】
固定用・配置用のホール（５４、５６）が、前記中央アーム（１８）を貫通して形成される
ことを特徴とする請求項１−５のいずれかに記載の共振器。
【請求項７】
前記固定用のブラインドールが、前記中央アーム（１８）内に形成される
ことを特徴とする請求項１−５のいずれかに記載の共振器。
【請求項８】
固定配置用のリセスが、前記振動アーム（１２、１４）に面して、前記中央アーム（１８）の両側に形成される
ことを特徴とする請求項１−５のいずれかに記載の共振器。
【請求項９】
前記振動アーム（１２、１４）の端部は、ひれ足（７２、７４）形状をしており、
前記ひれ足（７２、７４）の幅は、前記振動アーム（１２、１４）の幅よりも広い
ことを特徴とする請求項１−８のいずれかに記載の共振器。
【請求項１０】
前記溝の深さは、前記振動アーム（１２、１４）の厚さの、３０％−５０％の間、好ましくは４０％−５０％の間である
ことを特徴とする請求項４または５に記載の共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピエゾ電子共振器に関し、特に、さまざまな技術分野（時計学、情報工学、通信、医療）で携帯用の電子機器に用いられる周波数生成器を作るのに使用される小型の共振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような小型の共振器は、特許文献１に開示されている。同文献の実施例を図４に示す。同図において、ケース内に搭載される共振器１０は、２個の平行な振動アーム１２、１４を具備した同調フォーク（tuning fork）の形状をしている。この振動アーム１２、１４は、連結部１６により互いに結合され、それぞれ、電極２０、２２を具備し、この電極がそれらを振動させる。これらの電極は、接続パッド２８、３０に接続され、さらにこれらのパッドは、ケースの外部に電気的に接続される。共振器１０は中央アーム１８も有する。この中央アーム１８は、連結部１６に取り付けられ、同調フォークの形状をした部分である振動アーム１２、１４の間に、それらから同一距離に配置される。この中央アーム１８は、同調フォークの形状した部分のアームよりも大きな質量を有する。接続パッド２８、３０は、この中央アーム１８に具備される。この共振器は、平行なパイプ形状のケース内に搭載される。この搭載は、中央アーム１８をケースの底部に固定されたサポート部分の少なくとも１つに固定することにより、行われる。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６，６００，３１３号明細書
【０００４】
上記の種類の共振器（以下３本アーム共振器とも称する）は、従来の同調フォーク型共振器が遭遇する種々の問題が原因で、破損することがある。
【０００５】
これらの問題の１つは、従来型の同調フォーク共振器の寸法特徴と機能特徴は、金属製のケースに搭載するために最適化されており、セラミック製のケース向けではないことである。例えばそれらの長さと幅の比率は、セラミック製のケースの製造には適していない。特に、ケースがＳＭＤ（表面搭載型装置（Surface Mounting Device））の場合、すなわち無孔プリント回路基板に自動的に搭載するには、不向きである。この理由により、従来の同調フォーク型共振器と、この共振器のケースへの接続は、衝撃に対し良好な耐性を与えることは無かった。
【０００６】
さらに、従来の同調フォーク型共振器は、ケースの段部上に固定されるときに、ケースの底部の方向に、先端が傾く傾向がある。
【０００７】
さらに、セラミック材料と水晶の熱膨張係数が異なるために、共振器内で機械的応力が発生する。この応力は、同調フォークのアームに伝わり、温度が変化した時に共振器の動作を妨害し、更には、共振器の接続パッドのはんだ部分を破損し、あるいは接続パッドをケースの接続部分から離脱させ、共振器の電極とケースの外部接続パッドとの間の電気接続を切断することさえある。
【０００８】
同一の理由により、接続パッドが配置された同調フォークのベースの側に初期のひび割れがある場合には、大幅な温度変動により同調フォークが破損することさえある。
【０００９】
最後に、共振器が真空状態で収納されるときには、真空は完全ではなく、共振器が振動した時に、同調フォークのアームが空気をかき回し、これにより、アームが互いに近づく時には共振器の動作パラメータが変化してしまう。この現象は、金属ケースの場合より大きい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
かくして、３本アーム共振器は、従来の同調フォーク型共振器が提起したさざまな問題に満足すべき解決方法を与える。これらの３本アーム共振器は様々な利点があるが、同調フォークの小型化要求と、振動を保持するのに必要なエネルギー消費は、携帯電話、腕時計のアプリケーションにとっては、常に重要な問題である。本発明の目的は、共振器のサイズを減少し、特にその長さを減少できる３本アーム共振器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そのために、本発明の一態様によれば、本発明は、連結部により互いに接続された平行な振動アームを具備した同調フォーク形状の共振器において、連結部から、前記振動アームの間を中央アームが延び、振動アームは、それらを振動させる第１の電極を具備し、第１の電極は、前記中央アームが具備する接続要素に結合され、中央アームに対向する側で、前記連結部の間に切られたスロットを有し、第２の電極が、前記スロットに沿って延びる。かくして、振動アームの振動結合効果の最適化は、第２電極を具備した切りかき接続リンクの高応力領域の全部で電界を取り出すことにより得られる。さらに、所定の周波数に対しては、これらの付加的な電極を用いることにより、好ましくは溝付きの電極を用いることにより、共振器の全長を短くできる。
【００１２】
本発明の他の態様によれば、第２電極がスロットを回るゾーン内の電気的短絡を回避するために、第２の電極は、前記中央アーム内に延び、前記スロットの一部分に面するレリーフ・ゾーンを具備する。
【００１３】
本発明の他の態様によれば、エネルギー消費を減らす為に、励起電界をより均一にし、かつ局部的に強くし、その為、アームの振動損失が、振動体のサイズが小型になっても、低くなるようにする為に、更に、ＣＩ値（クリスタル・インピーダンス、すなわち等価直列抵抗）は、低いレベルに抑制する為に、少なくとも１個の溝が振動アームの前面と後面の少なくとも一方に形成される。さらに、振動アームに溝を形成することにより、装置が小型化した場合でも正確な性能を提供できる。
【００１４】
本発明の他の態様によれば、前述と同一の理由により、前記溝は、前記第２の電極（８２、８４）にくり抜いて形成される。
【００１５】
本発明の他の態様によれば、共振器をパッケージ内に正確且つ確実に配置することを可能とするため、固定配置用のホール又はリセスが、中央アームを貫通して形成される。
【００１６】
本発明の他の態様によれば、このような３本アーム共振器の寸法、特に長さをさらに減らすために、振動アームの端部は、ひれ足形状をしており、ひれ足の幅は、前記振動アームの幅よりも広い。
【実施例】
【００１７】
図１に示す第１実施例において、本発明の共振器１０は、連結部１６により結合された２個の振動アーム１２、１４を有する同調フォークの形状を採る。連結部１６に、振動アーム１２、１４の間に平行に配置された中央アーム１８が取り付けられる。この組立体は、水晶の１個のピースから形成される。
【００１８】
図１に示すように、振動アーム１２、１４は、電極群２０、２２を具備し、各電極群は、導電パス２４、２６によりそれぞれ結合される。導電パス２４、２６は、同調フォーク部分の連結部１６に具備される。同図に示すように、これらの電極と導電パスは、フレキシブルなモードで、振動アーム１２、１４が振動できるよう配置される。しかし、同一モードあるいは別のモード（捻れ方向、斜め方向等）でアームが振動できるような別の構成を採ってもよい。中央アーム１８において、図１において、その裏面に、共振器の長さ方向に、重量Ｇを中心としてその両側に、好ましくはそこから同一距離に、２個の導電性パッド２８、３０を有する。これらの接続パッド２８、３０は、導電パス３２、３４を介して、それぞれ導電パス２４、２６に接続され、この導電パス２４、２６は、電極群２０、２２内の電極を互いに接続する。これらの接続パッド２８、３０は、それをパッケージするときに、パッケージ／ケース（図示せず）の内側に共振器を固定するために用いられる。
【００１９】
図１からわかるように、中央アーム１８の幅は、同調フォーク部分の振動アーム１２または１４のそれよりも１．５倍よりも若干広い。同様に、中央アーム１８の長さは、振動アーム１２、１４のそれに必ずしも等しくなくてもよく、例えば短くてもよい。しかし、重要なことは、中央アーム１８は、振動アーム１２、１４からほぼ等しい距離の位置にあり、この距離が従来の同調フォーク型の共振器のアームを分離している距離と等しいことであり、中央アーム１８は、振動アーム１２、１４のそれよりも遙かに大きな質量を有することである。
【００２０】
スロット８０は、中央アーム１８が突出する側とは対向する側で連結部１６内に形成され、共振器の縦軸Ｘに沿って延びる。このスロット８０は、振動アーム１２、１４を連結部１６の対応する半分までの長さに仮想的に延ばす効果がある。切り欠いた連結部１６の高応力領域の全部に電界を引き出すことにより、振動アーム１２、１４の振動結合効果をさらに最適化するために、追加の電極８２、８４がスロット８０に沿って配置される。かくして、所定の周波数に対しては、電極８２、８４を使用することにより、共振器の全長を短くできる。好ましいことに、振動アーム１２、１４の長さを最大にするために、スロット８０の一部分は、中央アーム１８内で共振器の縦軸Ｘに沿って延びる。このスロット８０の一部分は、中央アーム１８から連結部１６を分ける点線４０の上方にある部分である。さらに好ましくは、各電極８２、８４は、それぞれレリーフ（浮き彫り）・ゾーン８６、８８を具備し、これらは、中央アーム１８内を延びるスロット８０の一部に面する。これにより、接続要素９０、９２と電極８２、８４との間での短絡を阻止する。レリーフ・ゾーン８６、８８は、接続要素９０、９２を安全に配置するための自由空間となる。
【００２１】
図２は本発明の第２実施例を示し、第１実施例と異なる点は、エネルギー消費を減らす為に、励起電界をより均一にし、かつ局部的に強くし、その為、アームの振動損失が、振動体のサイズが小型になっても、低くなるようにする為に、少なくとも１個の溝３６、３８を、振動アーム１２、１４の前面と後面の少なくとも一方に形成している点である。これらの溝の深さは、対応する振動アーム１２、１４の厚さの３０％と５０％の間で、より好ましくは４０％と５０％の間である。この比率は、溝を有する全ての実施例に適用可能である。振動アームに溝を形成することにより、装置が小型化した場合でも、正確な性能が達成できる。他の実施例としては、１個の溝のみを各振動アームの前面と後面のいずれかに形成するか、あるいは２個の溝を前記前面と後面の両方に形成してもよい。
【００２２】
振動アームの振動結合効果をさらに増加させるために、溝３６、３８が連結部１６内を延びる。溝３６、３８の部分４２、４４が、点線４０により規定された連結部１６内に延びる。かくして、ここでは、機械的応力が最大となり、この高応力領域での電界の取り出しが可能となる。好ましくは、連結部１６内にあるこれらの溝の部分４２、４４は、振動アーム１２、１４の縦軸方向に関し非対称の形状をしており、連結部１６内にある高応力領域を機械的な制約に対し、より頑強にする。
【００２３】
同一の理由で、溝９４、９６は、電極８２、８４の下をくり抜いて形成され、より均質で且つ局部的により強い励起電界を生成する。
【００２４】
好ましくは、固定・配置手段が、中央アーム１８に配置されて、パッケージ内で共振器１０を正確に配置し、頑強に固定することができるようにする。そのために、固定・配置用のホール５４、５６が中央アーム１８を貫通して形成される。これらのホールを用いて共振器１０の電極群２０、２２をパッケージ（図示せず）内の導電要素に接続する。ホール５４、５６は、中央アーム１８を貫通して切られているために、共振器１０をパッケージの内側に、パッケージの底部に示されたマークを見ながら、正確に配置できる。さらにまた、共振器をパッケージ内に組み立てている間、ホール５４、５６を導電性接着剤で充填する。これにより電極２０、２２をパッケージ内の導電要素に電気的に接続し、且つ共振器１０をパッケージ内に固定できるようになる。別の構成として、固定・配置用のリセス（凹部）をホール５４、５６の代わりに設けることも可能である。別の実施例として、中央アーム１８の裏面にブラインド・ホール（貫通していないホール（孔））を具備することも可能である。すなわち、接続パッド２８、３０をサポートするホールを設けることも可能である。共振器を配置することは、これらのブラインド・ホールをケース内の対応するバンプに合わせることにより、行うことができる。
【００２５】
図３に示す第３の実施例においては、ここに示された共振器が第１の実施例と異なる点は、振動アーム１２、１４のその端部がひれ足（フリッパー）７２、７４を有することである。好ましくは、これらのひれ足（フリッパー）７２、７４は、対応する振動アーム１２、１４の縦軸（Ｘ１、Ｘ２）に対し左右対称で矩形をしており、フリッパーの幅は、振動アーム１２、１４のそれの約２倍である。しかし、フリッパーの長さは、振動アームの全長から、共振器の特性を変えずに、減らすこともできる。中央アーム１８の長さは、振動アーム１２、１４を超えて延びないように、それに応じて減らすことができる。それ故に共振器の長さはそれに応じて短くなる。
【００２６】
本発明の実施例による共振器の衝撃強度（耐性）を改善するために、振動アーム１２、１４またはスロット８０が、連結部１６にリンクされる切りかき部分を、共振器の結晶面が見えるの（visualisation）を最小にするよう選択できる。水晶共振器の例においては、この切りかき部分は、６０°または１２０°の角度を形成する。
【００２７】
以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のピエゾ電子共振器の第１実施例の底面図。
【図２】本発明のピエゾ電子共振器の第２実施例の底面図。
【図３】本発明のピエゾ電子共振器の第３実施例の底面図。
【図４】従来技術に係るピエゾ電子共振器の上面図。
【符号の説明】
【００２９】
１０  共振器
１２，１４  振動アーム
１６  連結部
１８  中央アーム
２０，２２  電極
２４，２６  導線性パス
２８，３０  接続要素
３２，３４  導電パス
３６，３８  溝
４２，４４  部分
５４，５６  ホール（孔）
７２，７４  ひれ足（フリッパー）
８０  スロット
８２，８４  電極
８６，８８  レリーフ・ゾーン
９０，９２  接続要素
９４，９６  溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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