(57)【要約】【課題】ＣＩ値が低い音叉型の水晶振動子、及びこの水晶振動子を備えた水晶振動子パッケージを提供すること。【解決手段】振動腕部３（３ａ，３ｂ）の表裏両面及び側面には同電位となる電極が形成され、当該振動腕部３（３ａ，３ｂ）における空洞部４（４ａ，４ｂ）内には当該電極とは逆電位となる電極が形成されているので、各振動腕部３（３ａ，３ｂ）では、振動腕部３（３ａ，３ｂ）の励振電極６１，６２と、空洞部４ａ，４ｂに設けられた励振電極６１，５１との間で電界が生じる。このためＸ軸方向（振動腕部３の幅方向）での電界強度が増し、当該方向に電界強度を効率よく伝えることができる。これによって振動効率が高まり、ＣＩ値の低下を図ることができる。【選択図】図３
2007274540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部から振動腕部が２本伸び出して音叉型に形成されている水晶片に電極パターンが形成されている水晶振動子において、
前記２本の振動腕部の各々の内部に振動腕部の長さ方向に沿って形成された空洞部と、
前記振動腕部の表裏両面及び側面に形成された同電位となる電極、及び当該振動腕部における空洞部内に形成された、当該電極とは逆電位となる電極と、を備えたことを特徴とする水晶振動子。
【請求項２】
前記振動腕部の基端部には、空洞部内の電極を外に引き出すための孔部が穿設されていることを特徴とする請求項１記載の水晶振動子。
【請求項３】
水晶振動子の厚さ方向を前後方向とすると、互いに鏡面対称に形成され、各々の振動腕部に相当する部分に空洞部を構成するための溝部が形成された前部分と後部分とを張り合わせることにより構成されたことを特徴とする請求項１または２記載の水晶振動子。
【請求項４】
セラミックスにより構成されたパッケージと、
このパッケージの中に設けられた、請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載された水晶振動子と、
前記パッケージの外に設けられ、前記水晶振動子の電極パターンに電気的に接続された電極と、を備えたことを特徴とする水晶振動子パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基部から振動腕部が２本伸び出して音叉型に形成されている水晶振動子及びこの水晶振動子を格納した水晶振動子パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
音叉型の水晶振動子は、小型、安価で低消費電力であることから、従来から腕時計の歩度を刻む信号源として使用されてきたが、近年では携帯型の電子機器に同期信号源として採用され、更にその用途が広がろうとしている。
【０００３】
音叉型水晶振動子の構成例を図８に示すと、この音叉型の水晶振動子は、基部１０に一対の振動腕部である音叉腕１１ａ及び１１ｂが設けられ、各音叉腕１１ａ及び１１ｂの主面には、電極パターン１２が形成されている。また各音叉腕１１ａ，１１ｂの両側面には、各音叉腕１１ａ，１１ｂの屈曲振動に基づいた音叉振動を励起するための図示しない励振電極が設けられている。そしてこの音叉型振動子に電荷を与えた際に、一方の音叉腕１１ａの側面及び他方の音叉腕１１ｂの主面が同電位となり、他方の音叉腕２ｂの側面及び一方の音叉腕２ａの主面が逆電位となるように、前記電極パターン１２に励振電極は結線されている。図中１２ａ、１２ｂは周波数調整用錘である。
【０００４】
このような音叉型水晶振動子によれば、各音叉腕１１ａ，１１ｂの間で、両主面と両側面とに生じる電界方向が逆向きとなり、各音叉腕１１ａ，１１ｂにおける長手方向での屈曲運動も逆方向となって音叉振動を生じる。ここで消費エネルギーを抑制する観点からは、音叉型水晶振動子に与えられた電気エネルギーを効率よく音叉振動に変換できることが望ましい。そこで、電気エネルギーを音叉振動に変換する際の振動損失（ＣＩ（クリスタルインピーダンス）値）を低くする工夫がなされている。
【０００５】
ところで前記ＣＩ値を低くするためには、Ｘ軸方向（音叉腕１１ａ，１１ｂの幅方向）の電界強度を効率よく伝えることが必要となる。しかしながら上述の構成の音叉型水晶振動子では、前記音叉腕１１ａ，１１ｂの幅方向の面積が小さく、結果として電極面積が小さくなってしまうことに加え、後述の図７（ｂ）に示すように、音叉腕１１ａ，１１ｂの各主面に形成された電極と、側面に形成された電極との間に電界が生じるので、Ｘ軸方向に電界強度を効率よく伝えることができず、この結果前記ＣＩ値を低下させることができない。
【０００６】
ところで特許文献１には、音叉形状に形成された前方部材と後方部材とを重ね合わせて接着剤等で一体的に接合することにより構成された音叉型振動子が記載されているが、これら前方部材と後方部材との間に空洞部は形成されておらず、特許文献１の構成によっても、前記Ｘ軸方向の電界強度を効率よく伝えることはできないので、ＣＩ値の低下を実現することはできない。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１７２５４２（段落００２２、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、クリスタルインピーダンス値が低い音叉型水晶振動子を提供することにある。また他の目的は、この水晶振動子を備えた水晶振動子パッケージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このため本発明の水晶振動子は、基部から振動腕部が２本伸び出して音叉型に形成されている水晶片に電極パターンが形成されている水晶振動子において、
前記２本の振動腕部の各々の内部に振動腕部の長さ方向に沿って形成された空洞部と、前記振動腕部の表裏両面及び側面に形成された同電位となる電極、及び当該振動腕部における空洞部内に形成された、当該電極とは逆電位となる電極と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
前記振動腕部の基端部には、例えば空洞部内の電極を外に引き出すための孔部が穿設されており、このような水晶振動子は、水晶振動子の厚さ方向を前後方向とすると、互いに鏡面対称に形成され、各々の振動腕部に相当する部分に空洞部を構成するための溝部が形成された前部分と後部分とを張り合わせることにより構成される。
【００１１】
また本発明の水晶振動子のパッケージは、セラミックスにより構成されたパッケージと、このパッケージの中に設けられた、既述のように構成された水晶振動子と、前記パッケージの外に設けられ、前記水晶振動子の電極パターンに電気的に接続された電極と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、振動腕部の内部に当該振動腕部に沿って伸びる空洞部を形成し、振動腕部の表裏両面及び側面に同電位となる電極を、また空洞部内に当該電極とは逆電位となる電極を設けているため、振動腕部の幅方向（Ｘ方向）に電界強度を効率よく伝えられ、また振動腕部を小型化したまま電極面積を増大させることができる。従ってクリスタルインピーダンス値の低下を図ることができ、消費電力を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明に係る音叉型水晶振動子の実施の形態を示す図であり、図１（ａ）は、その表側から見た平面図、図１（ｂ）は、その裏側から見た平面図である。この水晶振動子における水晶振動子本体（水晶片）は、両側部の上部側が矩形に切り欠かれた切り欠き部２１を備えた基部２と、この基部２の上端側から各々互いに間隔をおいて平行に伸びだした一対の振動腕部３（３ａ、３ｂ）とを備えていて、全体の形状が音叉型の水晶片として構成されている。前記水晶片は、例えば３０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚ例えば３２ｋＨｚで発振するものが用いられる。この音叉型水晶振動子は図２の略式斜視図に示すように、水晶振動子の厚さ方向を前後方向とすると、互いに鏡面対称に形成された前方部材（前部分）２２と、後方部材（後ろ部分）２３とを接合させて形成されている。
【００１４】
図３に、図１（ａ）のＡ−Ａ´位置における音叉型水晶振動子の断面図を示すと、前記振動腕部３（３ａ，３ｂ）の各々の内部には、振動腕部３（３ａ，３ｂ）の長さ方向に沿って、空洞部４（４ａ，４ｂ）が形成されている。これら空洞部４（４ａ，４ｂ）の長さ方向（図１中Ｙ軸方向）の基端位置（振動腕部３の先端側を上方としている）は、音叉又部の最下部３０とほぼ同じ位置であってもよいし、この位置よりも上方側であってもよい。ここで前記音叉又部とは、基部２の、一対の振動腕部３ａ、３ｂの間の部分である。また空洞部４（４ａ，４ｂ）の長さ方向の先端位置は、この例では振動腕部３の長さ方向のほぼ中央位置であるが、適宜選択される。
【００１５】
続いて図１〜図４を用いて励振電極及び引き出し電極に関して説明する。ここで図４（ａ）は、図１に示す音叉型水晶振動子の前方部材２２の表面に形成された電極パターン、図４（ｂ）は、前記前方部材２２の裏面に形成された電極パターンである。この水晶振動子には、一対をなす一方の電極と他方の電極とが存在する。つまり図１に示すように、振動腕部３ａの表面全体、つまり振動腕部３ａの表裏両面及び側面には、一方の励振電極５１が形成されると共に、振動腕部３ｂの表面全体、つまり振動腕部３ｂの表裏両面及び側面には、他方の励振電極６１が形成されている。
【００１６】
そして図３，図４に示すように、振動腕部３ａの空洞部４ａの内面には、他方の励振電極６１が設けられると共に、振動腕部３ｂの空洞部４ｂの内面には、一方の励振電極５１が設けられ、こうして図３の断面図に示すように、振動腕部３（３ａ，３ｂ）の表裏両面及び側面には同電位となる電極が形成され、当該振動腕部３（３ａ，３ｂ）における空洞部４（４ａ，４ｂ）内には当該電極とは逆電位となる電極が形成されることになる。
【００１７】
そして基部２の表面には、一方の励振電極５１用の引き出し電極５２からなる電極パターンが形成されていると共に、他方の励振電極６１用の引き出し電極６２からなる電極パターンが形成されている。図１（ａ）の表側から見た平面図では、前記他方の励振電極６１と引き出し電極６２とが電気的に接続され、図１（ｂ）の裏側から見た平面図では、前記一方の励振電極５１と引き出し電極５２とが電気的に接続されている。さらに振動腕部３ａの内面に設けられた他方の励振電極６１は、前方部材２２の振動腕部３ａの基端側に形成された貫通孔（孔部）２２ａを介して、振動腕部３ａの前方側表面に伸び出し、前記引き出し電極６２に電気的に接続されている。
【００１８】
一方、振動腕部３ｂの内面に設けられた一方の励振電極５１は、後方部材２３の振動腕部３ｂの基端側に形成された貫通孔２３ａを介して、振動腕部３ｂの後方側表面に伸び出し、前記引き出し電極５２に電気的に接続されている。つまり一方の励振電極５１と引き出し電極５２と、他方の励振電極６１と引き出し電極６２とは、互いに鏡面対称に形成されている。これら励振電極５１，６１及び引き出し電極５２，６２は、例えばクロム（Ｃｒ）を密着性向上のための下地として用いた金（Ａｕ）により形成されている。
【００１９】
更にまた、振動腕部３（３ａ，３ｂ）の先端部には、その重量を調整することにより、発振周波数を調整するための金属膜である調整用錘５０，６０が夫々設けられている。これら調整用錘５０，６０は励振電極５１，６１の一部をなすものであるが、その他の部位の電極とは例えば膜厚や電極材料を代えて構成され、例えばこの例では、励振電極５１，６１のその他の領域を構成する金属と同じＡｕ膜により、膜厚を代えて構成されている。なお図１〜４においては、励振電極５１，６１は、図面を見やすくするために、点在領域と、斜線と点在領域とを使い分けて表している。
【００２０】
続いて、水晶振動子を製造する工程について説明する。図５は、図４（ａ）のＡ−Ａ´位置における音叉型水晶振動子の断面図である。先ず、Ｚカットで、例えば直径３インチ、厚さが１００μｍの水晶ウエハの両全面に、例えば密着性を向上させるためのＣｒ膜と、金属マスクとしてのＡｕ膜とを蒸着法等によって成膜する。そして、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程により、前記振動腕部３（３ａ，３ｂ）の空洞部４（４ａ，４ｂ）を構成するための溝部４０ａ，４０ｂが形成された、前記前方部材２２及び後方部材２３の原型が製造される。そして前方部材２２の原型と後方部材２３の原型の所定の位置に前記貫通孔２２ａ，２３ａを形成する。次いで、真空蒸着工程とエッチング工程とにより、前方部材２２の原型と後方部材２３の原型に、既述の電極パターンが形成されると共に、調整用錘５０，６０が形成される。なお例えば前方部材２２の原型と後方部材２３の原型としては同じ原型が用いられ、電極パターンが鏡面対称に形成されることにより、夫々前方部材２２の原型と後方部材２３の原型として製造される。
【００２１】
続いて、これらの原型に対して発振周波数測定や発振周波数調整を行なった後、各水晶振動子を分離する。分離することにより得られた前方部材２２及び後方部材２３は、互いの凹部形成面同士が例えば、直接接合などにより張り合わされる。直接接合は、接合面となる前方部材２２と後方部材２３との凹部形成面を親水化（ＯＨ基化）してから仮接合し、高温を加えてシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合）とすること等により行われる。そして前記夫々の溝部４０ａ，４０ｂに設けられた電極パターンを、対応する貫通孔２２ａ，２３ａから引き出し、その一端を夫々の引き出し電極５２，６２に接続する。こうして振動腕部３（３ａ，３ｂ）の内部に空洞部４（４ａ，４ｂ）が形成された水晶振動子が構成される。そしてこの水晶振動子は、次のパッケージ工程へと送られる。
【００２２】
このように電極パターン等が形成され、原型６から切り離された水晶振動子は、例えば図６に示すように、ＳＭＤ（surface  Mounted Device）構造のパッケージに格納され、水晶振動子のパッケージとして出荷される。図６（ａ）は、水晶振動子パッケージの縦断側面図である。図６（ａ）において、７は例えばアルミナなどのセラミックスあるいはガラス、シリコンなどの絶縁体からなるパッケージである。このパッケージ７は、上面が開口しているたとえばセラミックス製のケース体７ａと、例えば金属製の蓋体７ｂとから構成される。ケース体７ａと蓋体７ｂとは、例えば溶接材からなるシール材７ｃを介してシーム溶接され、その内部は真空状態となっている。製造された音叉型の水晶振動子７０は、このパッケージ７内の台座７１部分に基部２の引き出し電極５２，６２が導電性接着剤７ｄにより固定され、振動腕部３（３ａ，３ｂ）がパッケージ７内部の空間に伸び出した状態で横向きに配置される。引き出し電極５２，６２は、台座７１の表面に配線された導電路７２，７３（７３は紙面奥側の導電路である）により、ケース体７ａの外部底面の長手方向に対向するように設けられた電極７４，７５に接続されている。この水晶振動子パッケージ７は、発振回路の回路部品が搭載されている図示しない配線基板に接続され、これにより水晶発振器が構成される。
【００２３】
また、水晶振動子パッケージは、ＳＭＤ構造に限られず、一端が絶縁材で封止された金属製のシリンダ内に水晶振動子を設け、前記絶縁材を貫通する一対の電極ピンの内端に夫々引き出し電極が接続された構造であってもよい。
【００２４】
次に、上述実施の形態の作用、効果について説明する。上述の音叉型水晶振動子では、図７に示すように、振動腕部３（３ａ，３ｂ）の表裏両面及び側面には同電位となる電極が形成され、当該振動腕部３（３ａ，３ｂ）における空洞部４（４ａ，４ｂ）内には当該電極とは逆電位となる電極が形成されているので、各振動腕部３（３ａ，３ｂ）では、振動腕部３（３ａ，３ｂ）の励振電極６１，６２と、空洞部４ａ，４ｂに設けられた励振電極６１，５１との間で電界が生じる。このため図７（ｂ）に示す従来の音叉型水晶振動子の電界に比べて、Ｘ軸方向（振動腕部３の幅方向）での電界強度が増し、当該方向に電界強度を効率よく伝えることができる。これによって振動効率が高まり、ＣＩ値の低下を図ることができる。
【００２５】
また、このように振動腕部３ａ，３ｂの表裏両面及び側面に同電位となる電極を、また空洞部４ａ，４ｂ内に当該電極とは逆電位となる電極を設けているため、振動腕部３ａ，３ｂの見かけの大きさが同じであっても、電極面積を増大させることができ、結果としてＣＩ値の低下を図ることができる。
【００２６】
さらに、振動腕部３ａ，３ｂの内部に空洞部４ａ，４ｂを形成しているため、当該振動腕部３ａ，３ｂがよりＸ軸方向に振動しやすくなり、電気機械結合係数（電気的エネルギーを機械的（音叉振動）エネルギーに変換する能力を表す係数）が大きいので、振動のしにくさを表すＣＩ値の低下を図ることができる。
【００２７】
このように本発明の音叉型水晶振動子では、ＣＩ値を低くすることができるので、電荷を音叉振動に変換する効率が向上し、消費エネルギーを小さくすることが可能となる。従って本発明の音叉型水晶振動子を備えたパッケージでは、消費エネルギーが低減する。
【００２８】
さらにまた本発明の音叉型水晶振動子は、夫々溝部４０ａ，４０ｂが形成され、電極パターンが形成された前方部材２２と後方部材２３とを、互いの溝部４０ａ，４０ｂ同士を合わせるように接合することによって形成されるので、内部に空洞部４（４ａ，４ｂ）が形成された音叉型水晶振動子を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子を示す概略平面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子を示す斜視図である。
【図３】上記音叉型水晶振動子の図１のＡ−Ａ´線に沿った断面図である。
【図４】上記音叉型水晶振動子の前方部材の表面と裏面とを示す平面図である。
【図５】上記音叉型水晶振動子の図４のＡ−Ａ´線に沿った断面図である。
【図６】本発明の水晶振動子をパッケージ内に装着した水晶振動子パッケージを示す断面図である。
【図７】本発明の音叉型水晶振動子の電気力線を示す図である。
【図８】従来の音叉型水晶振動子を示す概略平面図である。
【符号の説明】
【００３０】
２              基部
２２            前方部材
２３            後方部材
２２ａ，２３ａ  貫通孔
３ａ，３ｂ      振動腕部
４ａ，４ｂ      空洞部
５０，６０      周波数調整用錘
５１            一方の励振電極
６１            他方の励振電極
５２，６２      引き出し電極
【図１】
2007274540.tif 000003
【図２】
2007274540.tif 000004
【図３】
2007274540.tif 000005
【図４】
2007274540.tif 000006
【図５】
2007274540.tif 000007
【図６】
2007274540.tif 000008
【図７】
2007274540.tif 000009
【図８】
2007274540.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成18年4月25日(2006.4.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2007274540.tif 000011
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2007274540.tif 000012
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2007274540.tif 000013