(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶結晶軸のＹ軸に直交する面をＸ軸を中心として約３４°回転すると共に、Ｚ軸を中心として約２０°〜２５°回転した面から切り出された２回回転Ｙカットの水晶振動片と、該水晶振動片を支持する為の支持端子とを備えた水晶振動子に於いて、水晶結晶軸のＺ軸をＸ軸を中心として約３４°回転させた方向をＺＺ'軸方向とした場合、前記水晶振動片のほぼ中央を中心として前記ＺＺ'軸より該水晶振動面に沿って１５°〜３０°回転した範囲内に位置する前記水晶振動片の外周縁部と、１０５°〜１２０°回転した範囲内に位置する前記水晶振動片の外周縁部と、１９５°〜２１０°回転した範囲内に位置する前記水晶振動片の外周縁部と、２８５°〜３００°回転した範囲内に位置する前記水晶振動片の外周縁部とをそれぞれ前記支持端子に固定したことを特徴とする２回回転Ｙカット水晶振動子。
【請求項２】
水晶結晶軸のＹ軸に直交する面をＸ軸を中心として約３４°回転すると共に、Ｚ軸を中心として約２０°〜２５°回転した面から切り出された２回回転Ｙカットの水晶振動片と、該水晶振動片を支持する為の支持端子とを備えた水晶振動子に於いて、水晶結晶軸のＺ軸をＸ軸を中心として約３４°回転させた方向をＺＺ'軸方向とした場合、前記水晶振動片のほぼ中央を中心として前記ＺＺ'軸より該水晶振動面に沿って約２５°回転したＺＺ"軸と交わる前記水晶振動片の二個所の外周縁部及び、該水晶振動片のほぼ中央を中心として前記ＺＺ"軸とほぼ直交する軸と交わる前記水晶振動片の二個所の外周縁部を前記支持端子にそれぞれ固定したことを特徴とする２回回転Ｙカット水晶振動子。
【請求項３】
前記水晶振動片がＳＣカット水晶振動片であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の２回回転Ｙカット水晶振動子。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３記載の２回回転Ｙカット水晶振動子を備えた水晶発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水晶振動子及び水晶発振器に関し、特に重力変化に対し優れた周波数安定度を有する２回回転Ｙカット水晶振動子及びこれを用いた水晶発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に水晶発振器の振動源として用いられる水晶振動子は水晶振動片自身の自重の影響により周波数が変動（重力感度特性）する。
その為、従来、特に基準信号源として用いられることから重力感度特性をも含めて高い周波数安定度を必要とする恒温槽型の水晶発振器としては、特開平１１−２１４９４９号公報に開示されているような構成の水晶振動子が考案されている。
【０００３】
以下に先の公報にて開示された水晶振動子の構造を図４を用いて説明する。
同図（ａ）に示す水晶振動子１００は、一例として水晶結晶軸のＹ軸に直交する面を中心として約３４°回転すると共に、Ｚ軸を中心として約２２°回転した面から切り出されたＳＣカット水晶振動片１０１と、金属製の基台１０２にハーメッチク構造により固定された端子１０３と、端子１０３と接続し且つ、水晶振動子片１０１を支える為の支持端子１０４とを備えると共に、水晶結晶軸のＺ軸をＸ軸を中心として約３４°回転させた方向をＺＺ'とした場合、水晶振動片１０１の振動面のほぼ中心を通過し且つ、ＺＺ'軸方向と交わる水晶振動片１０１の二つの外周縁部分Ａと支持端子１０４とを導電性接着剤にて固定するよう構成した所謂２点支持タイプの水晶振動子である。
【０００４】
尚、水晶振動片１０１の表裏の振動面には励振電極１０５が設けられており、この励振電極は外周縁部分Ａまで延長するリード電極１０６と導電性接着剤とを介して支持端子１０４と導通しており、更に、図示してはいないが水晶振動片１０１を気密封止するよう金属製の蓋を基台１０２に搭載している。
そして上記のような構成の水晶振動子１００の特徴とする点は支持端子１０４の一部分を円弧状とした所にある。
【０００５】
即ち、図４（ｂ）は、支持端子１０４の平面構成図を、同図（ｃ）は支持端子１０４のａ−ａ'部分の断面構成図を示すものである。
同図（ｂ）に示すように支持端子１０４は、金属製の板であるが、その側面構造は同図（ｃ）に示すように水晶振動片１０１と接続部分１０７以外の支柱部分１０８が円弧状に加工されており、これにより支持端子１０４の板厚み方向に対する剛性を高めている。
【０００６】
従って、このような剛性の高い支持端子１０４にて水晶振動片１０１を支えるよう構成された水晶振動子１００は、水晶振動片１０１の自重による支持端子１０４の撓み量が少なくなり水晶振動子片１０１の揺れが抑えられるので、重力感度特性としては約３ppb/Ｇ程度の特性が得られる。
一方上記のような水晶振動子１００を使用した恒温槽水晶発振器としては図５に示すような構成のものが一般的である。
【０００７】
即ち、同図は、一般的な恒温槽型の水晶発振器をブロック図にて示したものである。
同図に示す水晶発振器１０９は、水晶振動子１００を金属ブロックからなる恒温槽１１０内に収納された状態にて温度制御回路１１１が制御するヒータ１１２により恒温槽１１０と共に所定の温度に加熱し、これにより水晶振動子１００が環境温度の変化の影響を受けずに所定の周波数にて励振するので高安定の出力周波数を得ることができるものである。
【０００８】
【本発明が解決しようとする課題】
しかしながら、水晶発振器に於ける周波数安定度が重力感度特性、周波数温度特性、電源電圧変動特性等の周波数偏差量のトータル値として扱われるのが一般的である一方、水晶振動子特有のものである重力感度特性による周波数偏差を直接的に電子回路によって操作することが不可能である為、重力感度特性が劣悪なほど周波数温度特性及び電源電圧特性等の他の安定度特性を向上せしめ、重力感度特性が劣っている点を補う必要があり、これに伴い他の安定度特性の調整工程が複雑化するので水晶発振器の低価格化及び短期供給化に対応できない。
【０００９】
即ち、従来では当初、上記のような重力感度特性が３ppb/Ｇと比較的小さな値の水晶振動子１００を使用することで周波数温度特性及び電源電圧変動特性等の他の安定度特性による重力感度特性の周波数偏差分のバックアップの比重を軽減し、これにより他の安定度特性の調整工程を簡素化することで水晶発振器の低価格化且つ短期供給化に努めてきたが、より低価格且つ短期供給が可能な水晶発振器を実現する為には、既に従来の構成の水晶振動子を使用した水晶発振器では限界が生じているという問題があった。
尚、ＳＣカット水晶振動子の不要振動を抑圧するものとしては特許第２５３１３０４号があるが、これには水晶結晶軸のＺ軸から３０°〜５０°回転した板面を保持するもので、重力感度特性については全く考慮されていない。
【００１０】
本発明は水晶振動子の重力感度特性の向上を図ることによって短期間で低価格な水晶発振器を供給することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する為に本発明に係わる請求項１記載の発明は、水晶結晶軸のＹ軸に直交する面をＸ軸を中心として約３４°回転すると共に、Ｚ軸を中心として約２０°〜２５°回転した面から切り出された２回回転Ｙカットの水晶振動片と、該水晶振動片を支持する為の支持端子とを備えた水晶振動子に於いて、水晶結晶軸のＺ軸をＸ軸を中心として約３４°回転させた方向をＺＺ'軸方向とした場合、前記水晶振動片のほぼ中央を中心として前記ＺＺ'軸より該水晶振動面に沿って１５°〜３０°回転した範囲内に位置する前記水晶振動片の外周縁部と、１０５°〜１２０°回転した範囲内に位置する前記水晶振動片の外周縁部と、１９５°〜２１０°回転した範囲内に位置する前記水晶振動片の外周縁部と、２８５°〜３００°回転した範囲内に位置する前記水晶振動片の外周縁部とをそれぞれ前記支持端子に固定したことを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、水晶結晶軸のＹ軸に直交する面をＸ軸を中心として約３４°回転すると共に、Ｚ軸を中心として約２０°〜２５°回転した面から切り出された２回回転Ｙカットの水晶振動片と、該水晶振動片を支持する為の支持端子とを備えた水晶振動子に於いて、水晶結晶軸のＺ軸をＸ軸を中心として約３４°回転させた方向をＺＺ'軸方向とした場合、前記水晶振動片のほぼ中央を中心として前記ＺＺ'軸より該水晶振動面に沿って約２５°回転したＺＺ"軸と交わる前記水晶振動片の二個所の外周縁部及び、該水晶振動片のほぼ中央を中心として前記ＺＺ"軸とほぼ直交する軸と交わる前記水晶振動片の二個所の外周縁部を前記支持端子にそれぞれ固定するよう構成した２回回転Ｙカット水晶振動子を特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は請求項１または請求項２記載の発明に加え、前記水晶振動片がＳＣカット水晶振動片であることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は請求項１乃至請求項３記載の２回回転Ｙカット水晶振動子を備えた水晶発振器であることを特徴とする。
【００１５】
【本発明の実施の形態】
以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明に基づく２回回転Ｙカット水晶振動子の一実施例の斜視構成図を示すものである。
同図に示す水晶振動子１は、水晶結晶のＹ軸に直交する面を中心として約３４°回転すると共に、Ｚ軸を中心として約２０°〜２５°回転した面から切り出された水晶振動片２と金属製の基台３にハーメチック構造により固定された二本の支持端子４及び二本の支持端子５とを備えると共に、水晶結晶軸のＺ軸を中心として約３４°回転させた方向をＺＺ'軸とした場合、水晶振動片２の振動面のほぼ中央を中心として、ＺＺ'軸を水晶振動片２の振動面に沿って例えばα＝１５°〜３０°回転したＺＺ"軸と交わる水晶振動片２の二個所の外周縁部Ｂを導電性接着剤を用いてそれぞれ支持端子４に固定すると共に、振動面のほぼ中央を中心として、ＺＺ'軸より水晶振動面に沿って１０５°〜１２０°回転した軸と交わる水晶振動片２の二個所の外周縁部Ｃを導線性接着剤を用いてそれぞれ支持端子５に固定するよう構成したものである。
【００１６】
即ち、ＺＺ'軸から見て、１５°〜３０°、１０５°〜１２０°、１９５°〜２１０°、２８５°〜３００°の４点を支持端子４、５にて固定する。
尚、図示はしていないが、水晶振動子１は、水晶振動片２の表裏の振動面にはそれぞれ励振電極と、励振電極と例えば支持端子４とを導通する為のリード電極とを備え、更に、水晶振動片２を気密封止する為に金属製の蓋を基台３に搭載するよう構成したものである。
また、上記構成では、２つの外周縁部Ｂ同士及び２つの外周縁部Ｃ同士をそれぞれが対象となるように配置したが、必要とする重力感度特性が得る為にそれぞれの支持位置を上記支持範囲内（１５°〜３０°、１０５°〜１２０°、１９５°〜２１０°、２８５°〜３００°）にて個別に調整するよう構成したものであっても構わない。
【００１７】
更に、外周縁部Ｂ、Ｃ共に導電性接着剤を塗布するとしたが、これは同種の接着剤を使用することにより接着剤の塗布工程及びアニール工程等の製造工程の簡略化を図ったものあり、このような配慮を必要としない場合は、リード電極との導通を必要としない支持端子との接続部分には非導電性接着剤を使用しても構わない。
そして、このような４点支持構成とすることにより、従来の高剛性の支持端子を使用した水晶振動子では実現し得なかった３ppb/Ｇ以下の重力感度特性を有する水晶振動子が実現できる。
【００１８】
即ち、図２は、水晶振動子１の構造の例えばＳＣカット水晶振動子に於いて、横軸をα、縦軸を周波数偏差としてα＝０°〜９０°に於ける重力感度特性の変化を示したものである。
尚、支持端子５と接続される外周縁部Ｃはα＋９０°の位置とした。
同図から明らかなように、α＝１５°〜３０°の範囲内で重力感度特性が３ppb/Ｇ未満であり、更に、α＝２０°〜３０°の範囲内では重力感度特性が２ppb/Ｇ未満となり特にα＝約２５°では約１.５ppb/Ｇ以下と従来の水晶振動子の場合の重力感度特性（３ppb/Ｇ）と比較して周波数偏差量が約半分以下である最も優れた重力感度特性が得られる。
【００１９】
従って、上記のような構成の水晶振動子１を恒温槽型の水晶発振器の振動源として用いることにより、従来の２点支持構造の水晶振動子を使用した水晶発振器と比較して重力感度特性に優れるので周波数温度特性及び電源電圧変動特性等のその他の周波数安定度によるバックアップの負担を軽減することが可能である。尚、恒温槽型の水晶発振器としては、例えば先に図５を用いて説明した一般的な構成のものを用いればよく、その構成及び動作の説明についてはここでは省略する。
【００２０】
更に、約２ppb/Ｇ重力感度特性が得られれば十分である場合は、図２からも明らかなようにα＝約６０°〜９０°に設定した水晶振動子１で足りる。
また、上記では２回回転Ｙカット水晶振動子１として、ＳＣカット水晶振動子を例にあげて効果を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばＩＴカット水晶振動子等のその他の２回回転Ｙカット水晶振動子に適用しても上述したような機能を得ることができる。
【００２１】
更に、図３に示すような所謂２点支持構造の場合についてもＺＺ'軸に対して約１５°〜３０°回転した水晶振動片２の外周縁部Ｄを支持位置とすることにより、上述した所謂４点支持構造の水晶振動子１の重力感度特性には及ばないものの従来の場合の２点支持構造の水晶振動子が限界であった３ppb/Ｇ以下の重力感度特性が得られることも本発明を進める過程の中で判明した。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に基づく水晶振動子及びこれを使用した水晶発振器は、水晶結晶軸のＹ軸に直交する面をＸ軸を中心として約３４°回転すると共に、Ｚ軸を中心として約２０°〜２５°回転した面から切り出された２回回転Ｙカットの水晶振動片と、水晶振動片を支持する為の支持端子とを備えた水晶振動子に於いて、水晶結晶軸のＺ軸をＸ軸を中心として約３４°回転させた方向をＺＺ'軸方向とした場合、水晶振動片のほぼ中央を中心としてＺＺ'軸より該水晶振動面に沿って１５°〜３０°回転した範囲内に位置する水晶振動片の外周縁部と、１０５°〜１２０°回転した範囲内に位置する水晶振動片の外周縁部と、１９５°〜２１０°回転した範囲内に位置する水晶振動片の外周縁部と、２８５°〜３００°回転した範囲内に位置する水晶振動片の外周縁部とをそれぞれ支持端子に固定したことにより、優れた重力感度特性を有する水晶振動子が実現され、更に、このような水晶振動子を恒温槽型の水晶発振器の振動源として用いることにより、従来の２点支持構造の水晶振動子を使用したものと比較して周波数温度特性及び電源電圧変動特性等のその他の周波数安定度によるバックアップの負担を軽減することが可能であるので、製造工程の簡素化に伴い水晶発振器を低価格に且つ短期間で提供することが可能であるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく水晶振動子の一実施例の斜視構成図を示すものである。
【図２】本発明の基づく水晶振動子の重力感度特性を示す図である。
【図３】本発明を応用した２点支持構造の水晶振動子の斜視構成図を示すものである。
【図４】（ａ）従来の水晶振動子の構成図を示すものである。
（ｂ）従来の水晶振動子に用いた支持端子の平面図を示すものである。
（ｃ）（ｂ）に示すａ−ａ'部分の断面構成図を示すものである。
【図５】一般的な恒温槽型の水晶発振器のブロック図を示すものである。
【符号の説明】
１、１００水晶振動子、２、１０１水晶振動片、３、１０２基台、４、５、１０４支持端子、１０３端子、１０５励振電極、１０６リード電極、１０７接続部分、１０８支柱部分、１０９恒温槽型の水晶発振器、１１０恒温槽、１１１温度制御回路、１１２ヒータ
【図１】
0004432212.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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