(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ矩形板の形状を有し該矩形板の面の短辺の近傍である支持領域にて振動子容器内部の導体に対して導電的に固着される水晶振動片を有する水晶振動子において、
前記支持領域には励振電極の一部から前記矩形板の長辺の一方に寄って前記短辺に向かう引出電極と、
該引出電極と反対側の前記支持領域の隅部に近く設けられ、前記引出電極に遠い側の長辺に近い側が広い幅、遠い側が狭い幅であり、短辺に近い側が広い幅、遠い側が狭い幅であって、前記容器内部の導体と固着される固定用電極と、
該固定用電極と前記引出電極とを連結する連絡電極を有すると共に、
該連絡電極は少なくとも前記水晶振動片の中心側の縁が前記短辺に関して凹形をなし、前記短辺と平行ではない直線または曲線形状を有する屈曲部を前記短辺のほぼ中央部に持つことを特徴とする水晶振動子の電極形状。
【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の電極形状、特に支持および接続を行うための電極と該電極から励振電極に至るまでの経路を含めた電極の形状および端子接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水晶振動子は、携帯用電子機器等への用途の爆発的な広がりが始まって以来、構造は極限的な簡素化への道を辿っている。構造の簡素化は小型化と低コスト化に寄与するのは当然であるが、水晶材本来の精度を安定的に発揮し易くする原因になっているとも考えられる。最も簡素化された水晶振動子の従来例の構造を一部破断の斜視図である図１に示す。同図において１は水晶振動片、２は気密端子、３は金属キャップであり、金属キャップ３は気密端子２の外周の金属リング２１に軟質金属層（図示せず）を介在させて圧入することにより、水晶振動片１を気密（真空）封入している周知の構造である。気密端子２は金属リング２１の内側のガラスの絶縁部材２２を２本のリード線２３、２４が貫通している。
【０００３】
水晶振動片１はほぼ矩形板状をなすＡＴカット厚みすべり振動片であって、周知のコンベックス加工を施されており、矩形板の中央部の厚みが最大で、中央から遠ざかるほど薄くなっている。即ち矩形の短辺に向かうほど薄く、かつ四隅が最も薄い。水晶振動片１の両面の中央部には銀の真空蒸着等により形成された小矩形状の励振電極１０が互いに重なるように配置されている。ここまでは従来構造の一般的な部分であるが、以下に述べる支持に繋がる更なる電極形状が本発明とより強い関連がある。この電極形状の従来例は、実願昭５８−４０５３４号の明細書および図面に開示があり（特に第５図）、本発明の電極形状に最も近い従来例と考えられるものである。
【０００４】
図１の励振電極１０の一隅から、水晶振動片１の矩形板の近い方の長辺１６に沿い、近い方の短辺１７に向かって引出電極１１が延びている。その短辺側の先端から引出電極１１に遠い方の長辺１８に向けて、短辺１７に平行に固定用電極１２が設けられている。これらの各電極は銀の真空蒸着等により膜状に設けられる。長辺１８に近い方の固定用電極の端部１２ａと一方のリード線２３の容器内先端部との接触部にはペースト状のハンダ材が供給されて、熱風あるいはレーザー光の加熱によりハンダ付けがされ、支持と電気的接続が完成する。水晶振動片１の裏面にはやはり引出電極と固定用電極があるが、これらは水晶振動片１をその長辺に沿って厚みの中心を通る対称軸Ａに関して反転したとき表面の引出電極１１、固定用電極１２と全く同じ形状になるように設計されている。従ってもう一方のリード線２４の内端部は、水晶振動片１の裏面で前記対称軸に関してほぼ対称な位置で、裏面側の固定用電極の端部とハンダ付けされる。
【０００５】
固定用電極１２はその中間部に溝１３の形状が施されている。この溝の役目は溶けたハンダの流れを短距離で食い止めることである。前記実願昭５８−４０５３４号の明細書と第３図にはハンダが固定用電極１２に沿って流れた長さＷ’が水晶振動片の幅の半分を越えると等価抵抗が増す様子が記述されており、ハンダ流れの長さを長くとも溝１３の位置で制限することによってＣＩ値（等価抵抗の値）を低く、Ｑ値を高く、発振開始電圧を低く抑え、性能のばらつきがなくなる効果があるとしている。
【０００６】
しかしこの従来例には所期の効果はあるが次の問題点があることが判明した。
（１）溝部のため細くなった部分の銀の膜がハンダに食われ（即ちハンダ中に溶解し）て失われ易く、下地の薄いクロム膜のみが残って電導性がなくなり、発振しなかったり、ＣＩ値が大きく上昇したり不安定になったりすることがある。
（２）振動子への衝撃印加によって水晶振動片が折損する場合、最も普通に起るモードは水晶振動片のハンダ付け部においてリード線の先端部で水晶振動片の短辺にほぼ平行な直線に沿って折れるものである。上記従来例の固定用電極の内縁（水晶振動片の中心よりの縁）は図示のように溝部を除き短辺に平行な直線状であるし、この部分にハンダが付着すれば更に断面変化が顕著になるので、応力集中により上記内縁の近傍でそれに沿って折れ易くなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ＣＩ値、Ｑ値等の特性が良好で、かつハンダによる電極膜の食われ易さや衝撃時の折れ易さ等の従来技術の弱点を改善した、総合的に品質特性のより優れた水晶振動子を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
ほぼ矩形板の形状を有し該矩形板の面の短辺の近傍である支持領域にて振動子容器内部の導体に対して導電的に固着される水晶振動片を有する水晶振動子において、前記支持領域には励振電極の一部から前記矩形板の長辺の一方に寄って前記短辺に向かう引出電極と、該引出電極と反対側の前記支持領域の隅部に近く設けられ、前記引出電極に遠い側の長辺に近い側が広い幅、遠い側が狭い幅であり、短辺に近い側が広い幅、遠い側が狭い幅であって、前記容器内部の導体と固着される固定用電極と、該固定用電極と前記引出電極とを連結する連絡電極を有すると共に、該連絡電極は少なくとも前記水晶振動片の中心側の縁が前記短辺に関して凹形をなし、前記短辺と平行ではない直線または曲線形状を有する屈曲部を前記短辺のほぼ中央部に持つ水晶振動子の電極形状とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の第１の実施の形態である水晶振動片の電極形状の平面図である。水晶振動片１の励振電極１０のある部分を除き、引出電極以下支持の関係した電極が配置されている部分を以下支持領域１ａと呼ぶことにする。矩形状の水晶振動片１の幅よりやや狭い幅の励振電極１０の一隅から引出電極１１が近い方の短辺１７に向かって出発するが、途中で近い方の長辺１６の縁一杯まで移動してから長辺１６の縁に接しつつ短辺に向かい、その先端は短辺１７には達しないで終わる。固定用電極１４は長辺１６の反対側の長辺１８と短辺１７との双方に接している、固定用電極１４が水晶振動片１の隅部１９に設けられている。固定用電極１４の形状的特徴は、短辺１７側の寸法Ｂの方が短辺１７に遠い方の寸法Ｃより好ましくは大きくなっており、長辺１８に対して水晶振動片１の中心Ａに近い側は固定用電極１４の形状は励振電極１０側が狭い幅Ｃを有し、短辺１７の側が広い幅Ｂをもつ段差形状を有している。一辺が隅部１９に沿う直線で、他辺は図２のように段形状になっている。あるいは、他辺を傾斜状として台形状とするか幅Ｃが極めて０に近くなったときは三角形に近い形を有する形状が良い。しかし短辺１７からの高さＤは励振電極１０には達しない。
【００１０】
引出電極１１の短辺１７側の先端と固定用電極とは連絡電極１５によって接続されている。連絡電極１５の概形は、短辺１７に関して凹形をなしている。その屈曲部１５ａの位置は短辺のほぼ中央即ち対称軸Ａの付近にある。またその幅は一様となっている。気密端子（図示せず）の２本のリード線のうちリード線２３は固定用電極１４と熱風あるいは赤外線等の光線の照射によってハンダで固着される。水晶振動片１の裏側にも対称軸Ａに関して反転したとき全く同じ電極パターンが設けられており、他のリード線２４は裏側の固定用電極とハンダ付けされる。また励振電極に関して他方の短辺の側にも同じく引出電極と連絡電極を伴う固定用電極が図示のように使用されずに設けられているが、これは水晶振動子の組立時に水晶振動片１の向きを判別する必要を除くためで、周知技術である。なお金属キャップも図示を省略した。引出電極、連絡電極、固定用電極は共に真空蒸着等により水晶振動片の表面に同時に形成される場合が多い連続する形状のパターンであるから、各電極の境界を厳密に区別することは困難であるが、目安的には次の様に定義される。
引出電極：励振電極から出発した場所から、水晶振動片の一方の長辺と短辺に尤も近づいた部分までの電極パターン。
連絡電極：引出電極と固定用電極とを導通し、上記屈曲部を含む電極パターン。
固定用電極：連絡電極より更に末端側にあり、引出電極より遠い側の長辺と引出電極のある側の短辺の近くに位置し、外部導体と固着するための電極パターン。
【００１１】
この実施の形態におけるハンダ付けの作用とその効果について考察する。固定用電極１４とリード線２３との接触部に塗布された適量のペースト状のハンダは熱風または熱線で溶融すると、まず固定用電極パターンの範囲内で広がりかつ凝集しようとするが、リード線２３の左右両側を比較するとリード線の外側（近い方の長辺１８の側）の方が内側（対称軸Ａに近い方の側）よりも固定用電極１４のパターンが広い（外側で高さＤが最大であり、内側では高さが低くされている）ので、外側の方により多量のハンダが誘導される。この効果は外側が風上になるようにして熱風を当てるようにする（板面を少し傾けて水晶振動片の裏面に風を回り難くしてもよい）か、あるいは光線を固定用電極付近に集光することによって外側が先に融けるため更に助長される。こうしてハンダは水晶振動片１の隅に近い部分に集まってその部分の総合厚さを増し、最も厚みの薄い水晶振動片１の隅の付近を効果的に補強して水晶振動片１の強度を向上させる。また隅部は水晶振動片１の中心から最も遠いし、固定用電極１４の形状も記述の如く中心から極力遠ざかるような三角形あるいは台形状をしているので、この部分にハンダが集中しても振動特性への悪影響は極めて少ない。
【００１２】
上記の作用によって、連絡電極１５には（従来例のように溝１３を設けて強制的にせき止めなくても）ハンダが比較的流れ出し難い傾向がある。しかしハンダを過剰に供給すればやはり流れ出しは起こる。流れ出したハンダの広がり形状は屈曲部１５ａが存在する連絡電極１５の形状に倣うので、断面強度が急変する境界線即ちハンダパターンの縁の形は曲線状または折れ線状となり従来例で述べた如き短辺に平行な直線状にはならないので、最も多い折損モードを起こり難くしている。即ち連絡電極１５の屈曲形状は水晶振動片１の折損強度を改善する効果を生じている。
【００１３】
また例え流れたハンダが連絡電極１５上で対称軸Ａに達しあるいは更に越えることがあっても、その部分では屈曲形状のため水晶振動片１の中心（ＡＴ板の中央部は振動特性上最も重要な場所である）から十分遠ざけられる。また連絡電極１５の長さは長辺１６に達するまで極力長くされているので、万一ハンダが端まで流れても引出電極１１を遡って励振電極１０に近づく危険は少ない。これらの工夫により、ハンダの流れ出しがＣＩ値や周波数の温度特性等の振動子品質に及ぼす悪影響はほとんど無いか軽微であることが確認されている。また連絡電極１５には従来例の溝のような局部的に幅が狭くなる部分がないので電極膜材料のハンダ食われは起こり難い。
【００１４】
次に本発明の他の実施の形態を複数例示する。図３（ａ）〜（ｆ）の各図は他の実施の形態の部分平面図であり、水晶振動片１の支持領域１ａのみを示す。
（ａ）は固定用電極１４と引出電極１１がいずれも水晶振動片１の長短辺に接しておらず、各辺と僅かな隙間を残している。効果の量において第１の実施の形態と若干の差はあり得るが質的には共通しており、蒸着用電極マスクの作成等は容易になる。
（ｂ）固定用電極１４は段差形状ではなく台形状でありしかも連絡電極１５と境界が融合しており、かつ連絡電極１５の屈曲部の片側は短辺に平行とした例である。第１の実施の形態に準ずる作用効果が期待できる。連絡電極の幅は一定ではないが、幅の急変部はないのでハンダ食われは生じない。
（ｃ）固定用電極１４を台形状とし、また連絡電極１５の固定用電極１４側を短辺と平行にした例である。第１の実施の形態に準ずる作用効果が期待できる。
（ｄ）屈曲部を第１の実施の形態におけるほぼＶ字形でなくＵ字形とした例である。第１の実施の形態とほぼ同等の作用効果が期待できる。
（ｅ）固定用電極の方は水晶振動片の隅部に接しているが、連絡電極の他端あるいは引出電極は相対する長辺にまでは達していない例である。第１の実施の形態と（ａ）の形態との中間的な効果が期待できる。
（ｆ）引出電極が励振電極の中央部より出発し、長辺に寄ってから直ちに連絡電極となっている例で、第一の実施形態とほぼ同等の効果が期待できる。
その他本発明の技術的範囲内で種々の実施態様が勿論あり得る。本発明を適用する水晶振動片もコンベックス型ＡＴ板に限定されず、例えば平板であってもよいし、他の振動モードのものであっても良い。また振動片の材質も水晶に限らず他の圧電性結晶や圧電性磁器でもよい。
【００１５】
【発明の効果】
本発明においては、支持領域における固定用電極、連絡電極、引出電極等の形状を改善したので以下の主なる効果が同時に達成でき、振動子の品質向上に顕著な効果があった。
（１）振動片の隅部にハンダを集中させ、隅部の強度が向上した。またハンダの流れ出しがあっても振動片の断面強度が急変する境界線の形を折れ線化または曲線化することにより、主な折損モードを生起し難くし、折損強度を向上させた。
（２）振動片の隅部のハンダは振動片の中心から極力遠くされており、また流れ出したハンダは中心から遠ざかるよう誘導することによりＣＩ値等の振動特性への悪影響を実質的になくした。
（３）電極材料のハンダによる食われ易さを解消した。
（４）本発明の形状を各電極に与えた上で、固定用電極付近をより強く熱する方法により、ハンダを効果的に水晶振動片の隅部に集中させることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例の構造を示す一部破断の斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の平面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態における支持領域を示す部分平面図である。（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ異なる実施の形態である。
【符号の説明】
１      水晶振動片
１ａ    支持領域
１０    励振電極
１１    引出電極
１２    固定用電極
１２ａ  固定用電極の端部
１３    溝
１４    固定用電極
１５    連絡電極
１５ａ  屈曲部
１６    長辺
１７    短辺
１８    長辺
１９    隅部
２    気密端子
２１    金属リング
２２    絶縁部材
２３    リード線
２４    リード線
３      金属キャップ
Ａ      対称軸
Ｂ      固定用電極の短辺側の寸法
Ｃ      固定用電極の短辺に遠い側の寸法
Ｄ      固定用電極の高さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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