JP2004096568A - It-cut quartz crystal resonator - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はITカットの水晶振動子に係わり、特に良好な振動特性を得ることができる保持位置に関する。
【0002】
【従来の技術】
(発明の背景)従来2回回転水晶振動子として、たとえば特開平11−177376号に開示されるようなSCカットの水晶振動子が知られている。
このSCカットの水晶振動子では、たとえば図4に示すように水晶の結晶のY軸に直交する面をX軸を中心にして約33゜回転し、さらにこの回転した位置からZ軸を中心にして約22゜回転した面から切り出した水晶片1に電極を形成したものである。
【0003】
このSCカットの水晶振動子は、ATカットと同様の三次曲線状の温度特性を有し、かつその変極点が94℃であり、いわゆる恒温槽型の水晶発振器の水晶振動子として用いられている。
【0004】
しかしながら、SCカットの水晶振動子では変極点の温度は94℃なので、これより低い温度の極値を恒温槽の目標温度に設定すると、目標温度は65℃ないし85℃になる。
このため使用温度範囲の広い発振器で、たとえば、高温側が80℃まで使用することを要求された場合、恒温槽の設定温度とのマージンが少なくなる。
このため恒温槽を一定温度に制御することが困難になり、一定の発振周波数を維持できなくなる。
【0005】
このためITカットの水晶振動子を用いることが考えられている。
ITカットの水晶振動子は、SCカット水晶振動子と同様の2回回転水晶振動子である。
そしてITカット水晶振動子では、たとえば図5に示すように水晶の結晶のY軸に直交する面をX軸を中心にして約34゜回転し、さらにこの回転した位置からZ軸を中心にして約19゜回転した面から切り出した水晶片2に電極を形成したものである。
【0006】
このITカットの水晶振動子の温度特性も概略SCカット水晶振動子と同様であり、変極点温度は74℃と低くなる。
したがって変極点よりも高温側の極値は85℃ないし105℃となる。
したがって動作温度範囲の最高温度が80℃であることを要求される場合も、恒温槽の設定温度を85℃ないし105℃の範囲に設定することができ比較的容易に温度制御を行うことができる。
【0007】
しかしながらITカットの水晶振動子は実用例が少なく、特に支持位置と振動特性の関係に関しては全く解明されていない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、支持位置を規定することによって良好な振動特性を得ることのできるITカットの水晶振動子を提供することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1は、水晶の結晶のY軸に直交する面をX軸を中心にして約34゜回転し、この回転した位置からZ軸を中心にして約19゜回転した面から切り出した水晶片に電極を形成したものにおいて、水晶片の板面のZ’軸から18゜±18゜と198゜±18゜の部分及び108゜±18゜と288゜±18゜の部分の互いに対向する少なくとも一組の辺縁部分を保持することを特徴とするITカットの水晶振動子である。
【0010】
そして本発明の請求項2は請求項1において、水晶片は丸板であることを特徴とするITカットの水晶振動子であり、請求項3は請求項1において、水晶片は矩形板であることを特徴とするITカットの水晶振動子であり、さらに請求項4は請求項3において、水晶片の角を結ぶ対角線の一方はZ’軸から18゜±18゜の範囲にあり、他方はZ’軸から108゜±18゜の範囲にあることを特徴とするITカットの水晶振動子である。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施態様を図面を参照して詳細に説明する。
図1は丸板状のITカットの水晶片3の平面図である。
このようなITカットの水晶片は、水晶の結晶のY軸に直交する面をX軸を中心にして約34゜回転し、さらにこの回転した位置からZ軸を中心にして約19゜回転した面から切り出したものである。
【0012】
なお図1において、図示水平方向がZ’軸、垂直方向がX’軸である。
そして、水晶片の板面のZ’軸から18゜±18゜(図示A)と198゜±18゜(図示B)の部分及び108゜±18(図示C)゜と288゜±18゜(図示D)の部分の互いに対向する少なくとも一組の辺縁部を保持するようにしている。
【0013】
水晶片1の保持位置をこのように規定した理由は次の通りである。
すなわちITカットの水晶片に圧電振動を励振した時の板面の変位分布を測定したところ、図2に示すように観察された。
一般に水晶振動子では、振動特性に与える影響を極力少なくするためには変位の少ない部分を保持することが望ましい。
【0014】
なお、図2において、水平方向はZ’軸、垂直方向はX’軸である。
そして変位の位置と大きさを等高線で表している。
したがって比較的大きな変位は、Z’軸から160゜と340゜の方向を結ぶ線上に位置している。
よってこの方向を避けて、Z’軸から18゜±18゜(図示A)より好ましくは18゜±9゜と198゜±18゜(図示B)より好ましくは198゜±9゜の部分及び108゜±18゜(図示C)より好ましくは108゜±9゜と288゜±18゜(図示D)より好ましくは288゜±9゜の部分の互いに対向する少なくとも一組の辺縁部を保持するようにする。
【0015】
このようにすれば、比較的、振動変位の少ない部分を保持することができ、それによって良好な振動特性を得ることができる。
そして、保持構造からの応力が振動特性に与える影響も少なくでき、安定度も向上することができる。
【0016】
なおこのような水晶振動子は100℃前後に加熱した恒温槽内で使用するために導電性接着剤の使用を避けて、たとえば金ーゲルマニュームの合金を用いて保持と励振電極を外部へ導出するための電気的な導通をはかることが行われることがある。
また機械的な強度を保つために4点保持を行うものもある。
このような場合、上述のA、B、C、Dの4点を保持することにより、保持位置を等間隔に配置でき好都合であり、機械的なバランスを実現できる。
【0017】
なお図1に示す実施の態様では、丸板の水晶片3を用いたものについて説明したが、このようなものに限定されるものではなく、たとえば図3に示すように矩形の水晶片4にも適用できる。
この場合は、水晶片の対角線がZ’軸から18゜±18゜(図示A)より好ましくは18゜±9゜と198゜±18゜(図示B)より好ましくは198゜±9゜の部分及び108゜±18゜(図示C)より好ましくは108゜±9゜と288゜±18゜(図示D)より好ましくは288゜±9゜に位置するようにして、対向する、少なくとも2カ所の角隅を保持するようにすればよい。
【0018】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明は、可及的に振動変位の少ない部分を保持するようにしたので、振動特性を損なうことなく、かつ保持系が振動特性に与える影響を少なくでき、それによって良好な振動特性を得ることができるITカットの水晶振動子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施態様の水晶片の平面図である。
【図2】ITカットの水晶片の振動変位の分布を示す図である。
【図3】本発明の他の実施態様の水晶片の平面図である。
【図4】SCカットの水晶片の切断角度を説明する図である。
【図5】ITカットの水晶片の切断角度を説明する図である。
【符号の説明】
1、2、3、4 水晶片[0001]
BACKGROUND OF THE
[0002]
[Prior art]
(Background of the Invention) As a conventional twice-rotating quartz oscillator, for example, an SC-cut quartz oscillator disclosed in JP-A-11-177376 is known.
In this SC-cut quartz resonator, for example, as shown in FIG. 4, a plane orthogonal to the Y axis of the quartz crystal is rotated by about 33 ° about the X axis, and from this rotated position, about the Z axis. An electrode is formed on a crystal blank 1 cut out from a plane rotated by about 22 °.
[0003]
This SC-cut crystal resonator has a cubic curve-like temperature characteristic similar to that of the AT cut, and its inflection point is 94 ° C., and is used as a crystal resonator of a so-called constant-temperature-bath type crystal oscillator. .
[0004]
However, since the temperature of the inflection point is 94 ° C. in the SC-cut crystal resonator, if an extreme value lower than this is set as the target temperature of the thermostat, the target temperature will be 65 ° C. to 85 ° C.
For this reason, in the case of an oscillator having a wide operating temperature range, for example, when it is required to use the high-temperature side up to 80 ° C., the margin with respect to the set temperature of the thermostatic chamber is reduced.
For this reason, it becomes difficult to control the temperature of the thermostat at a constant temperature, and it becomes impossible to maintain a constant oscillation frequency.
[0005]
Therefore, it has been considered to use an IT-cut quartz resonator.
The IT-cut crystal resonator is a twice-rotating crystal resonator similar to the SC-cut crystal resonator.
In the IT cut crystal resonator, for example, as shown in FIG. 5, a plane orthogonal to the Y axis of the crystal is rotated about 34 ° about the X axis, and further from this rotated position about the Z axis. An electrode is formed on a crystal blank 2 cut out from a plane rotated by about 19 °.
[0006]
The temperature characteristics of this IT-cut quartz resonator are also substantially the same as those of the SC-cut quartz resonator, and the inflection point temperature is as low as 74 ° C.
Therefore, the extreme value on the higher temperature side than the inflection point is 85 ° C. to 105 ° C.
Therefore, even when the highest temperature in the operating temperature range is required to be 80 ° C., the set temperature of the constant temperature bath can be set in the range of 85 ° C. to 105 ° C., and the temperature control can be performed relatively easily. .
[0007]
However, there are few practical examples of IT-cut quartz resonators, and the relationship between the supporting position and the vibration characteristics has not been clarified at all.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide an IT-cut crystal resonator that can obtain good vibration characteristics by defining a supporting position.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, a plane orthogonal to the Y axis of the quartz crystal is rotated by about 34 ° about the X axis, and cut out from a plane rotated by about 19 ° about the Z axis from the rotated position. In the case where the electrodes are formed on the quartz piece, the 18 片 ± 18 ゜ and 198 ゜ ± 18 ゜ parts and the 108 ゜ ± 18 ゜ and 288 ゜ ± 18 ゜ parts are mutually An IT-cut crystal unit characterized by holding at least one pair of opposing edge portions.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the crystal element is an IT-cut crystal element characterized in that the crystal element is a round plate, and in the third aspect, the crystal element is a rectangular element. A fourth aspect of the present invention is an IT-cut crystal resonator, wherein one of the diagonal lines connecting the corners of the crystal element is within 18 ° ± 18 ° from the Z ′ axis, and the other is the other. This is an IT-cut crystal resonator characterized by being within a range of 108 ° ± 18 ° from the Z ′ axis.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view of a round plate-shaped IT-cut crystal blank 3.
Such an IT-cut crystal blank rotated a plane orthogonal to the Y-axis of the crystal of the crystal about 34 ° about the X-axis, and further rotated about 19 ° about the Z-axis from this rotated position. It is cut out from the surface.
[0012]
In FIG. 1, the horizontal direction is the Z ′ axis, and the vertical direction is the X ′ axis.
Then, 18 ° ± 18 ° (illustrated A) and 198 ° ± 18 ° (illustrated B), and 108 ° ± 18 (illustrated C) and 288 ° ± 18 ° (illustrated A) from the Z ′ axis of the plate surface of the crystal blank. At least one pair of opposing edges of the part shown in D) is held.
[0013]
The reason for defining the holding position of the crystal blank 1 in this way is as follows.
That is, when the displacement distribution of the plate surface when the piezoelectric vibration was excited on the IT-cut quartz piece was measured, it was observed as shown in FIG.
Generally, in a crystal resonator, it is desirable to hold a portion with little displacement in order to minimize the influence on the vibration characteristics.
[0014]
In FIG. 2, the horizontal direction is the Z ′ axis, and the vertical direction is the X ′ axis.
The position and magnitude of the displacement are represented by contour lines.
Accordingly, the relatively large displacement is located on a line connecting the directions of 160 ° and 340 ° from the Z ′ axis.
Therefore, avoiding this direction, a portion of 108 ° ± 18 ° (shown in A), preferably 18 ° ± 9 ° and 198 ° ± 18 ° (shown in B), and more preferably 198 ° ± 9 ° from the Z ′ axis and 108 Retain at least one pair of opposing edges of a portion of {± 18} (shown C), preferably 108 ± 9 ° and 288 ± 18 ° (shown D), more preferably 288 ± 9 °. To do.
[0015]
In this way, a portion having a relatively small vibration displacement can be held, whereby good vibration characteristics can be obtained.
In addition, the influence of the stress from the holding structure on the vibration characteristics can be reduced, and the stability can be improved.
[0016]
In addition, since such a crystal oscillator is used in a thermostat heated to about 100 ° C., use of a conductive adhesive is avoided, and a holding and excitation electrode is led out using, for example, an alloy of gold-germanium. Electrical continuity may be performed.
In some cases, four points are held to maintain mechanical strength.
In such a case, by holding the four points A, B, C, and D described above, the holding positions can be arranged at equal intervals, which is convenient, and a mechanical balance can be realized.
[0017]
In the embodiment shown in FIG. 1, a description has been given of a case using a
In this case, the diagonal line of the crystal blank is 18 ° ± 18 ° (shown in A), preferably 18 ° ± 9 ° and 198 ° ± 18 ° (shown in B), and more preferably 198 ° ± 9 ° from the Z ′ axis. And at least two points facing each other so as to be located at 108 ° ± 18 ° (shown C), preferably 108 ° ± 9 ° and 288 ° ± 18 ° (shown D), more preferably 288 ° ± 9 °. What is necessary is just to hold a corner.
[0018]
【The invention's effect】
As described in detail above, the present invention holds a portion with as little vibration displacement as possible, without impairing the vibration characteristics, and reducing the influence of the holding system on the vibration characteristics. It is possible to provide an IT-cut crystal resonator that can obtain various vibration characteristics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a crystal blank according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a distribution of vibration displacement of an IT-cut quartz piece.
FIG. 3 is a plan view of a crystal blank according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view for explaining a cutting angle of a crystal piece in an SC cut.
FIG. 5 is a diagram for explaining a cutting angle of a crystal piece in an IT cut.
[Explanation of symbols]
1, 2, 3, 4 crystal pieces
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