DE2805491A1

DE2805491A1 - Quarzschwinger mit dickenscherungsschwingung

Info

Publication number: DE2805491A1
Application number: DE19782805491
Authority: DE
Inventors: Mitoshi Ikeno; Tetsuro Konno; Mitsuyuki Sugita; Hirobumi Yanagi
Original assignee: Seikosha KK
Current assignee: Seikosha KK
Priority date: 1977-02-09
Filing date: 1978-02-09
Publication date: 1978-08-10
Also published as: FR2380670A1; FR2380670B1; JPS5398791A; HK28083A; DE2805491C2; US4211947A; GB1581317A; JPS5938764B2

Description

DIPL.-PHYS. F. ENDLICH ο■ βο₃* unterpfaffenhofen _η _{# Fe}bruar 1978 PATENTANWALT S/Ei

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TELEGRAMMADRESSE : _pATENDUCH MÜNCHEN CABLE ADDRESS I

TELEX: B2I73O

Meine Akte: S-4386

Anmelder; Kabushiki Kaisha Seikosha, 6-21, 2-chome Kyobashi, Chuo-ku, Tokyo, Japan

Quarzschwinger mit Dickenscherungsschwingung

Die Erfindung betrifft einen Quarzschwinger mit Dickenscherungsschwingung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Es wurde festgestellt, daß bei Quarzschwingern mit Dickenscherungsschwingung (Dickenschwingung) ein anormales Frequenzphänomen auftritt, welches sich gegenüber dem bekannten Sprung-Phänomen unterscheidet, ein Phänomen, bei dem die Hauptschwingung der Dickenscherungsschwingung Unter- oder Nebenschwingungen hervorruft, deren Schwingungsart unterschiedlich von derjenigen der Hauptschwingung ist. Wenn ein derartiges anormales Frequenzphänomen im praktischen Anwendungsbereich bezüglich Temperatur und Frequenz beim Einsatz von Quarzschwingern auftritt, ergeben sich verschiedene Probleme, beispielsweise nicht ausreichende Leistung und instabiler Betrieb des Quarzschwingers, usw.. Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 7 wird ein derartiger bekannter Quarzschwinger zur Erläuterung seiner Nachteile beschrieben.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Quarzschwinger mit Dickenscherungsschwingung zu schaffen,

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-2r-

bei dem das bei den bekannten Quarzschwingern dieser Art auftretende anormale Frequenzphänomen verhindert wird, auch wenn der Quarzschwinger beispielsweise durch eine C-MOS-integrierte Schaltung angesteuert wird, die keine Frequenz-Trennschaltung in ihrem Schwingkreis enthält. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen .

Das anormale Frequenzphänomen oder Frequenzverhalten wird erfindungsgemäß auf äußerst einfache weise beseitigt, d.h. einfach durch Änderung der Form und Position der Aufdampfmaske. Ein Quarzschwinger gemäß der Erfindung zeigt stabilen Betrieb und hohe Leistung. Ein wesentliches Merkmal eines derartigen Quarzschwingers besteht darin, daß eine zusätzliche Masse keine kreisförmige Form hat. Die zusätzliche Masse ist an einer Position angeordnet, die gegenüber dem Mittelpunkt der Quarzscheibe versetzt ist. Die Zusatzmasse, die keine kreisförmige Gestalt hat, ist somit an einer gegenüber dem Mittelpunkt der Quarzscheibe versetzten Position vorgesehen.

Die Erfindung schafft einen Quarzschwinger mit Dickenscherungsschwingung, beispielsweise einen Quarzschwinger mit AT- oder BT-Schnitt. Bei diesem Quarzschwinger ist die Zusatzmasse an einer Steuerelektrode des Schwingers zum Zwecke der Einjustierung seiner Schwingfrequenz befestigt und hat nicht kreisförmige Gestalt oder ihre Befestigungslage ist gegenüber der Mitte der Quarzscheibe versetzt· es sind auch beide Kombinationen möglich, d.h., die Anordnung einer nicht kreisförmigen Masse und die gegenüber dem Schwinger-Mittelpunkt versetzte Befest igungsposition. Die Zusatzmasse ergibt verschiedene piezoelektrische Effekte und zusätzliche Effekte aufgrund der Masse zwischen der Grund-Hauptschwingung und den harmonischen Schwingungen und beseitigt oder begrenzt weitgehend das anormale Frequenzphänomen. Ein derartiger Quarzschwinger mit Dickenscherungsschwingung zeigt auch dann stabile Frequenz-Temperatur-Eigenschaften, wenn er mit einer C-MOS-integrierten Schaltung angesteuert wird, die in ihrem Schwingkreis keine Frequenzselek-

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tionsschaltung enthält.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgetnäßen Quarzschwingers anhand von zeichnungen zur Erläuterung weiterer Merkmale beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 eine Vorderansicht und eine Längsschnittansicht durch die Mitte eines bekannten Quarzschwingers mit AT-Schnitt y

Fig. 3 das Schaltbild der Treiber- oder Steuerschaltung für den Schwinger nach Fig. 1 und 2;

Fig. 4 die Frequenz-Temperatur-Kennlinie eines bekannten AT-Quarzschwingers;

Fig. 5 Seitenansichten von verschiedenen Quarzschwingern?

Fig. 6 ein Frequenz-Phasendiagramm eines bekannten AT-Quarzschwingers*

Fig. 7 ein Last-Kapazitätsdiagramm eines bekannten AT-Quarzschwingers;

Fig. 8 und 9 eine Vorderansicht und eine Längsschnittansicht durch die Mitte eines AT-Quarzschwingers nach der Erfindung ;

Fig. 10 die Frequenz-Phasen-Charakteristik des Quarzschwingers nach Fig. 8 und 9;

Fig. 11 die Kennlinie für die Belastungskapazität des Quarzschwingers nach Fig. 8 und 9«

Fig. 12 die Frequenz-Temperatur-Kennlinie des Quarzschwingers nach den Fig. 8 und 9»

Fig. 13 eine Vorderansicht einer abgewandelten Ausführungsform eines Quarζschwingers mit AT-Schnitt»

Fig. 14 eine Vorderansicht eines weiteren Quarzschwingers mit AT-Schnittj

Fig. 15 eine schematieche Ansicht zur Darstellung der Zusatzmasse bei dem Quarzschwinger·

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Fig. 16 eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Position, an der die Zusatzmasse vorgesehen wird;

Fig. 17 eine Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform eines AT-Quarzschwingers; und

Fig. 18 eine Darstellung zur Erläuterung des Verhältnisses zwischen der plate-back-Quantität der Zusatzmasse bei der Erfindung und der Kristallimpedanz CI und zwischen der plateback-Menge der Zusatzmasse und

₃ f

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 wird ein bekannter Quarζschwinger mit AT-Schnitt erläutert (f = 4,2 MHz). Die Steuerelektroden 2 haben einen Durchmesser von 5,2 mm und sind an beiden Oberflächen einer Quarzscheibe 1 ausgebildet, die einen Durchmesser von 8,0 mm und eine Dicke in der Mitte von 0,41 mm hat; eine derartige Quarzscheibe wird durch Aufdampfen oder dergleichen hergestellt. Ausgangselektroden 2a sind so ausgebildet, daß sie sich von den Steuerelektroden 2 in radialer Richtung erstrecken und mit nicht dargestellten Halte- oder Lagerfedern verbunden sind. An einer der Steuerelektroden 2 wird durch Aufdampfen oder dergleichen eine Zusatzmasse ausgebildet, die zur Einstellung der Schwingfrequenz f dient. Die Zusatzmasse 3 hat die Form eines Kreises und ihr Mittelpunkt stimmt mit dem Mittelpunkt der Steuerelektrode 2 überein. Die Zusatzmasse besteht im allgemeinen aus dem gleichen Material wie die Steuerelektrode, z.B. aus Au, Ag, usw.. Manchmal wird die Zusatzmasse 3 an beiden Steuerelektroden 2 befestigt. Die Aufdampfmenge dieser Zusatzmasse 3 wird als "plate-back-Menge" (Quantität der plattenförmigen Rückseite) bezeichnet und als Funktion des Frequenzabfalls (KHz) dargestellt, der durch den Zusatz dieser Masse hervorgerufen wird.

Quarzschwinger mit dem beschriebenen Aufbau werden durch eine Steuerschaltung angesteuert/ die aus einer integrierten C-MOS-Schaltung besteht und die keine Frequenz-Selektionsschaltung in ihrem Schwingkreis enthält. Eine derartige integrierte Schaltung ist in Fig. 3 bis 5 dargestellt, während in

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Fig. 3 der Quarzschwinger mit 4 angegeben ist. Außerdem sind Lastkapazitäten C., C_ und C₃ gemäß Fig. 3 vorgesehen, damit die Frequenz-Temperatur-Kennlinie gemessen werden kann. Die Ergebnisse der Messung sind in Fig. 4 dargestellt. Die durch einen Kreis umgebenen Abschnitte geben die Positionen an, an welchen das erwähnte anormale Frequenzphänomen auftritt.

Es wurde festgestellt, daß dieses anormale Frequenzphänomen sich aufgrund der gegenseitigen interferenz zwischen einem wellenförmigen Grundstrom, der durch die Grundhauptschwingung zurückgeführt bzw. zurückgekoppelt wird, und einem wellenförmigen harmonischen Strom ergibt, der durch die harmonischen Schwingungen zurückgeführt wird, wobei sich dieses anormale Frequenzphänomen von dem üblichen Sprung-Phänomen unterscheidet. Es ist klarzustellen, daß dieses Phänomen mit einer größeren Wahrscheinlichkeit insbesondere bei einem Quarzschwinger auftritt, bei dem die Zusatzmasse 3 an der Steuerelektrode 2 zur Frequenzfeinabstimmung ausgebildet ist, wie er beispielsweise in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist; diese Tendenz tritt noch stärker bei konvexen, linsenförmigen Quarzschwingern mit AT-Schnitt auf, beispielsweise bei einem plankonvexen Quarzschwinger entsprechend Fig. 5-b, einem bikonvexen Quarzschwinger entsprechend Fig. 5-c und abgeschrägten Quarzschwingern entsprechend den Fig. 5-c und 5-d im Gegensatz zu einem plattenförmigen Quarzschwinger gemäß Fig. 5-a. Dieses anormale Frequenzverhalten tritt auch dann bei einem Quarzschwinger auf, wenn nicht die zusätzliche Massenschicht 3 vorgesehen ist.

Fig. 6 zeigt die Frequenz-Phasen-Charakteristiken, d.h. Resonanzeigenschaften eines bekannten plankonvexen Quarzschwingers mit AT-Schnitt, dessen plate-back-Menge der Zusatzmasse den Wert von 4 KHz ergibt, wobei f- die Grundfrequenz und f₃₁ und f__ die harmonischen Frequenzen sind, die neben bzw. in der Nähe der dreifachen Frequenz (dritte Harmonische) der Grundfrequenz f_Q auftreten. Aus der in Fig. 7 dargestellten Belastungskapazität skennlinie ergibt sich, daß die Grundfrequenz f_Q entsprechend der Belastungskapazität CL variiert» die Fre-

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-ir-

quenzeinstellung bzw. Frequenzabstimmung des Quarzschwingers benützt diese Erscheinung. Die Frequenzen foi/3 und f₃₂/^{3 ru}~ fen jedoch kaum eine Änderung hervor. Bei der praktischen Anwendung ist die Lastkapazität C_ meistens auf 10 pF oder darunter eingestellt, da eine kleinere Lastkapazität einen größeren Bereich der Frequenzabstimmung ermöglicht. In der Praxis ergibt sich hinsichtlich des Frequenzbereichs der Lastkapazität CL, daß häufig der Wert f mit dem Wert f₃₂/³ zusammenfällt. Auch wenn dies nicht der Fall ist, dann fallen sie abhängig von bestimmten verwendeten Temperaturbedingungen zusammen, da sie äußerst nahe beieinanderliegen. In diesem Beispiel übt der Frequenzwert f₃₂/³ einen Einfluß auf die Grundfrequenz f aus, wodurch dieses anormale Frequenzphänomen in Erscheinung tritt.

Gleiche Erscheinung ergibt sich im allgemeinen bezüglich einer Gruppe von Harmonischen, die ein Vielfaches iiner ungeraden Zahl der Grundfrequenz f sind.

In anderen Worten heißt das, daß bei einem Quarzschwinger mit AT-Schnitt ständig mehrere Gruppen von Harmonischen im Bereich von Frequenz-Vielfachen mit dem Wert η (n = ungerade Zahl) der Grundfrequenz f_ auftreten, und daß ferner eine harmonische Welle £__, welche die folgende Gleichung (1) erfüllt, mit großer Wahrscheinlichkeit aufgrund der Herstellungsbedingung des Quarzschwingers, der verwendeten Steuerschaltung und anderen Faktoren vorliegt. Die Gleichung (1) lautet:

f = ^fns (D

O η

Aus dem vorerwähnten Grund tritt das anormale Frequenzphänomen, das in Fig. 4 gezeigt ist, mit großer Wahrscheinlichkeit auf. Die Größe H dieser anormalen Frequenzerscheinung, die in Fig. 4 angedeutet ist, wird umso größer, je kleiner der Wert bzw. Grad η der harmonischen Welle f ist.

ns

Der Grund, warum dieses anormale Frequenzphänomen iislang nicht als schwerwiegendes Problem berücksichtigt wurde, liegt darin, daß die Erscheinung dieses Phänomens wesentlich

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a ·

von der Art und der Leistung der Steuerschaltung für den Quarzschwinger abhängt. Dieses anormale Frequenzphänomen tritt beispielsweise dann nicht auf, wenn ein Quarzschwinger mit AT-Schnitt durch eine Oszillationsschaltung angesteuert wird, die eine Frequenz-Selektions-Äbstimmschaltung, beispielsweise einen Oszillatorschwingkreis, aufweist. Wenn dagegen eine integrierte C-MOS-Schaltung 5 verwendet wird, die keine Frequenz-Selektionsschaltung im Schwingkreis enthält, wie in Fig. 3 dargestellt wird, dann tritt das anormale Frequenzphänomen nicht auf oder nur in kleinem Maße auf, wenn die Frequenz-Ansprechcharakteristik der integrierten Schaltung nicht sehr gut ist. Wenn jedoch das Frequenz-Ansprechverhalten, d.h. die Frequenzempfindlichkeit, der integrierten Schaltung besser ist, tritt das anormale Frequenzphänomen mit größerer Wahrscheinlichkeit in beachtlicher Form auf. Somit stellt das anormale Frequenzphänomen insbesondere in der Zukunft dann ein schwerwiegendes Problem dar, wenn die Entwicklung von integrierten Schaltungen weiter fortschreitet und die Frequenzempfindlichkeit solcher integrierten Schaltungen weiter verbessert wird.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 8 und 9 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Quarzschwingers mit Dickenscherungsschwingung erläutert. Die Zusatzmasse dieses Quarzschwingers hat keine kreisförmige Gestalt. Aus den Fig. 8 und 9 ist ersichtlich, daß die Zusatzmasse 3a in Richtung der Z'-Achse länglich ausgebildet ist. Bei der dargestellten Ausführungsform haben die Quarzscheibe 1, die Steuerelektroden 2 und die Ausgangselektroden 2a die gleiche Form und Größe wie bei dem vorstehend beschriebenen Quarzschwinger. Fig. 10 veranschaulicht die Frequenz-Phasen-Eigenschaften eines Beispiels des erfindungsgemäßen Quarzschwingers, dessen Zusatzmasse eine "plate-back"-Quantität von 4 KHz hat» Fig. 11 zeigt die BeIastungskapazitätscharakteristiken. Aus Fig. 11 ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Grundfrequenz f ausreichend Abstand hat von den Frequenzen f₃₁/3 und f₃₂/³' ^die Frequenzwerte von einem Drittel gegenüber der Gruppe der dritten Harmonischen darstellen.

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Jedoch kreuzen sich diese Frequenzwerte nicht gegenseitig, wenn die Belastungskapazität CL variiert wird. Wie vorstehend beschrieben ist, ergibt sich dieses Ergebnis aus der Tatsache, daß der piezoelektrische Effekt und der Effekt aufgrund der Hinzufügung der Zusatzmasse 3 unterschiedlich gegenüber der Grundschwingung und den harmonischen Unterschwingungen sind, so daß die jeweilige Frequenzänderungsrate unterschiedlich ist. Es hat sich gezeigt, daß dieses Ergebnis auch auf andere Beispiele von Quarzschwingern anzuwenden ist. Mit der gleichen Steuerschaltung wie die in Fig. 3 gezeigte Schaltung wird die Frequenz-Temperatur-Kennlinie des Schwingers innerhalb eines Temperaturbereichs von -3O°C bis +70⁰C gemessen. Fig. 12 zeigt, daß sich die betreffende Kennlinie kontinuierlich ändert und daß das anormale Frequenzphänomen nicht festgestellt werden kann. Dieses Ergebnis ist auf nicht kreisförmige Zusatzmassen anwendbar, welche die in den Fig.15a bis 15e gezeigte Form haben und dort mit 3b bis 3f bezeichnet sind.

Obgleich die Längsrichtung der Zusatzmasse 3 bei dieser Ausführungsform im wesentlichen mit der Richtung der Z'-Achse des Quarzschwingers, d.h. der Quarzscheibe 1, übereinstimmt, kann diese Richtung auch mit der X-Achse (Fig. 13) übereinstimmen. Somit kann ein Spalt zwischen der Zusatzmasse 3 und der Ausgangselektrode 2a ausreichend groß gestaltet werden, wodurch ein Kurzschluß mit einer Haltefeder beseitigt werden kann, auch wenn die Position der Zusatzmasse 3 während des Aufdampfens in beachtlicher Weise abweicht, d.h. versetzt wird. Im Vergleich zu derjenigen Ausführungsform, bei der die Längsrichtung der Zusatzmasse 3a mit der Richtung der X-Achse der Quarzscheibe (Fig. 13) übereinstimmt, liefert die Ausführungsform, bei der die Längsrichtung der Zusatzmasse 3a mit der Richtung der Z'-Achse (Fig. 8) übereinstimmt, einen größeren Effekt bei der Vermeidung des beschriebenen anormalen Frequenzphänomens.

Es ist üblich, die Ausgangselektroden 2a der Steuerelektroden 2 in Richtung der Z'-Achse im Hinblick auf die Alterungscharakteristiken anzuordnen. Um das anormale Frequenzphänomen

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in gewissem Umfang zu Ungunsten der Alterungscharakteristiken zuverlässig zu beseitigen, sind die Ausgangselektroden 2a in Richtung der X-Achse und die Zusatzmasse 3a in Richtung der Z'-Achse angeordnet. Im Vergleich mit dem Fall, in welchem die Längsrichtung der Zusatzmasse 3a mit der X-Achse (Fig. 13) übereinstimmt, wird das Auftreten des anormalen Frequenzphänomens weiter verhindert, wenn die Längsrichtung der Zusatzmasse 3a unter einem Winkel von 45° gegenüber der Z'-Achse oder der X-Achse liegt.

Bei der beschriebenen Ausführungsform ist die Zusatzmasse 3a in der Mitte der Quarzscheibe 1 ausgebildet. Der gleiche Effekt kann jedoch dann erreicht werden, wenn die Zusatzmasse 3a an Stellen 4a bis 4d ausgebildet wird, die gegenüber dem Mittelpunkt O der Quarzscheibe 1 versetzt sind, wie dies in Fig. 16 gezeigt ist. in diesem Fall kann die Zusatzmasse kreisförmige Gestalt haben, wie bei den bekannten Quarzschwingern. Außerdem ist es auch möglich, in geeigneter Weise Zusatzmassen 3a bis 3f mit verschiedenen, nicht kreisförmigen Formgebungen mit den erwähnten Befestigungs-oder Aufdampfstellen 4a bis 4d zu kombinieren.

Die gleiche Wirkung wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform läßt sich auch dadurch erreichen, daß eine Vielzahl von exakt voneinander, im Abstand angeordneten Zusatzmassen 3g angeordnet werden. Dabei sind die Zusatzmassen 3g gegenüber dem Mittelpunkt O der Quarzscheibe so versetzt, wie in Fig. 17 dargestellt ist. Bei der in Fig. 17 gezeigten Ausführungsform ist der Abstand zwischen den beiden Zusatzmassen 3g O, S^der Durchmesser jeder der beiden kreisförmigen Zusatzmassen 3g 2,0. Die Zusatzmassen 3g können dabei verschiedene Formen haben, auch kreisförmige Gestalt.

Die Zusatzmasse 3a bei dem in Fig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiel und die Zusatzmasse 3c bei dem in Fig. 15b gezeigten Beispiel sowie die Zusatzmasse 3g bei dem Beispiel nach Fig. 17, sind in der Mitte 0 der Quarzscheibe 1 der beschriebenen Ausführungsform befestigt; durch entsprechende Änderung der "plate-

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Al

back"-Quantität m werden Quarzschwinger geschaffen, die ein 4,2 MHz-Frequenzband aufweisen. Jeder derartige Quarzschwinger wird mit einer Belastungskapazität C = oa angesteuert und die

Kristallimpedanz CI und der Wert

II^s. - f

3 O

werden gemessen.

Die Ergebnisse dieser Messung sind in Fig. 18 gezeigt.

Die experimentellen Ergebnisse zeigten, daß bei einer Belastungskapazität C_T von oo im 4,2 MHz-Band das Auftreten des anormalen Frequenzphänomens zuverlässig auch dann eingeschränkt bzw. unterdrückt werden kann, wenn die Belastungskapazität CL

in einem praktischen Anwendungsbereich (10 pF oder weniger) liegt, falls die folgende Beziehung erfüllt wird:

3s

- f

"O

> 1,7 KHz (2)

Im folgenden werden die Zusatzmassen 3a, 3c und 3g näher betrachtet. Bezüglich der Zusatzmasse 3a ist darauf hinzuweisen, daß die Kristallimpedanz CI dazu tendiert, besonders groß zu werden, wenn die "plate-back"-Quantität m größer wird, während die Zusatzmasse 3g dazu tendiert, die Beziehung (2) aufgrund von Herstellungsfehlern usw. nicht mehr zu erfüllen, wenn die Quantität m klein ist. Infolgedessen wird als Zusatzmasse die in Fig. 15 gezeigte Zusatzmasse 3c am meisten vorgezogen.

Bei einem plankonvexen Quarzschwinger werden Zusatzmassen 3a vorteilhafterweise besser auf der ebenen Oberfläche als auf der gekrümmten Oberfläche vorgesehen, da es sich durch Experimente gezeigt hat, daß sich Welligkeiten in der Frequenz-Temperatur-Kennlinie ergeben, wenn die Zusatzmassen 3a auf der gekrümmten Oberfläche ausgebildet werden.

Es ist ersichtlich, daß die vorstehend angegebenen Erwägungen für einen Quarzschwinger nach der Erfindung auch auf Quarzschwinger mit Dickenscherungsschwingung anwendbar sind, die einen BT-Schnitt haben.

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Die bei dem Quarzschwinger verwendbaren Zusatzmassen können somit nicht kreisförmige Form haben oder ihr Mittelpunkt weicht von dem Mittelpunkt der Quarzscheibe ab; es können auch beide Möglichkeiten miteinander kombiniert werden, um zu erreichen, daß der Wert f hinreichend vom Frequenzwert f getrennt

η
ist und somit ständig die Beziehung f_ V f unter verschiede-

nen Bedingungen dadurch erfüllt wird, daß die Tatsache verwendet wird, daß der piezoelektrische Effekt und die wirkung infolge der Hinzufügung der Zusatzmasse infolge der Grundhauptschwingung unterschiedlich sind gegenüber den Wirkungen, die sich bezüglich der Gruppe von Harmonischen mit einem Vielfachen von η ergeben, welche die Frequenzen f haben, infolgedessen ist es möglich, zuverlässig das anormale Frequenzverhalten bei gleichzeitiger Feinabstimmung der Frequenz zu·verhindern, was die ursprüngliche Aufgabe bei solchen Quarzschwingern darstellt. Demzufolge ist der Betrieb des Quarzschwingers stabilisiert und seine Charakteristiken sind äußerst gut. Die sich durch die Erfindung ergebende Maßnahme zur Verhinderung des anormalen Frequenzphänomens läßt sich nur durch Änderung der Form oder Position der Aufdampfmaske erreichen. Es ist jedoch niemals eine Änderung des üblichen Herstellungsverfahrens erforderlich und somit ist es äußerst einfach, den erfindungsgemäßen Quarzschwinger unter Vermeidung der angegebenen Nachteile herzustellen. Ein Quarζschwinger mit einem AT-Schnitt zeigt auch dann besonders gute Eigenschaften, wenn er durch eine integrierte C-MOS-Schaltung angesteuert wird, die keine Frequenz-Selektions-Schaltung im Schwingkreis enthält, wobei die vorteilhafte Wirkung besonders dann bemerkenswert ist, wenn die verwendete integrierte Steuerschaltung hohe Frequenzempfindlichkeit hat.

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Claims

DIPL.-PHYS. F. ENDLICH d - ao34 unterpfaffenhofen 7. Februar 1978

PATENTANWALT S/Ei

TELEFON MÜNCHEN 84 30 38

PHONE

F. ENDLICH, POSTFACH D - SO34 UNTERPFAFFEN HOFEN

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TELEX: B2173O

Meine Akte: S-4386 K.K. Seikosha

Patentansprüche

r\ ~

Quarzschwinger mit Dickenscherungsschwingung, bestehend aus einer Quarzscheibe mit Steuerelektroden, die auf beiden Oberflächen der Quarzscheibe ausgebildet sind, und einer auf wenigstens einer der Steuerelektroden ausgebildeten Zusatzmasse, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Zusatzmasse (3a bis 3f) nicht kreisförmig ist, und daß die Frequenz (f ) der Grundschwingung und die Frequenzen (f ) der \j ns

η-ten Harmonischen die Bedingung f 4= ^_ns für praktische Temperatur- und Belastungskapazitätswerte erfüllen, wobei η eine ungerade Zahl und gleich oder größer als 3 ist.
2. Quarzschwinger mit Dickenscherungsschwingung, bestehend aus einer Quarzscheibe mit Steuerelektroden, die auf beiden Oberflächen der Quarzscheibe ausgebildet sind, und einer auf wenigstens einer der Steuerelektroden ausgebildeten Zusatzmasse, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitte der Zusatzmasse (3g) gegenüber der Mitte der Quarzscheibe (1) versetzt ist, und daß die Frequenz (f ) der Grundschwingung und die Frequenzen (f ) einer Gruppe von η-ten Harmonischen

XlS

die Bedingung f ψ ^ für praktische Temperatur- und BeIa-

η
stungskapazitätswerte erfüllen, wobei η eine ungerade zahl und größer oder gleich 3 ist.
3. Quarzschwinger mit Dickenscherungsschwingung, bestehend aus einer Quarzscheibe mit Steuerelektroden, die auf beiden Oberflächen der Quarzscheibe ausgebildet sind, und einer auf wenigstens einer der Steuerelektroden ausgebildeten Zusatzmasse, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse nicht kreisförmige Form hat, daß ihr Mittelpunkt gegenüber der Mitte der Quarzscheibe versetzt ist, und daß die Fre-

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quenz (f_) der Grundschwingung und die Frequenzen (f ) einer o ns

Gruppe von η-ten Harmonischen die Bedingung f ί f für alle

praktischen Temperatur- und Belastungskapazitätswerte erfüllen, wobei η eine ungerade Zahl und größer oder gleich 3 ist.
4. Quarzschwinger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn ze ichne t , daß die Quarzscheibe (1) konvexe Form hat und im mittleren Bereich größere Dicke als im Randabschnitt aufweist.
5. Quarzschwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse (3a bis 3f) in Querrichtung längliche Form hat, und daß die Längsrichtung der Zusatzmasse im wesentlichen parallel zur Z'-Achse oder X-Achse der Quarzscheibe liegt.
6. Quarzschwinger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektroden (2) jeweils eine Ausgangselektrode (2a) aufweisen, und daß die Ausgangselektroden sich jeweils in Richtungen erstrecken, welche die Längsrichtung der Zusatzmasse unter einem rechten Winkel schneiden.
7. Quarzschwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennze ichne t, daß die Quarzscheibe (1) plankonvexe Form hat, unddaß die Zusatzmasse auf der ebenen Oberfläche angeordnet ist.

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