JP3135297B2 - Ｋｔカット水晶振動子 - Google Patents
Ｋｔカット水晶振動子Info
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- JP3135297B2 JP3135297B2 JP03196864A JP19686491A JP3135297B2 JP 3135297 B2 JP3135297 B2 JP 3135297B2 JP 03196864 A JP03196864 A JP 03196864A JP 19686491 A JP19686491 A JP 19686491A JP 3135297 B2 JP3135297 B2 JP 3135297B2
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- Japan
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- axis
- width
- crystal resonator
- thickness
- frequency
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、幅縦水晶振動子の辺比
に関する。特に、小型化、高精度化、耐衝撃性、低廉化
の要求の強いポケットベル、ＩＣカードや移動体無線等
の基準信号源として最適な幅縦水晶振動子に関する。
に関する。特に、小型化、高精度化、耐衝撃性、低廉化
の要求の強いポケットベル、ＩＣカードや移動体無線等
の基準信号源として最適な幅縦水晶振動子に関する。
【０００２】
【従来の技術】周波数が４ＭＨｚ以上の水晶振動子は、
板厚によって大略周波数が決定される厚みすべり水晶振
動子が用いられてきた。特に、周波数温度特性に優れた
ＡＴカットが多用されてきた。又、これらの振動子は機
械加工にて振動子を形成する方法が採られていた。
板厚によって大略周波数が決定される厚みすべり水晶振
動子が用いられてきた。特に、周波数温度特性に優れた
ＡＴカットが多用されてきた。又、これらの振動子は機
械加工にて振動子を形成する方法が採られていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来か
ら多用されているＡＴカット水晶振動子は、機械加工に
より形成するために、小型化した場合、振動子の支持方
法が難しく、振動漏れによる等価直列抵抗Ｒ1 の増加や
スプリアス振動の発生が多くなり、小型化には限界があ
った。又、衝撃に弱く、更には振動子を１個ずつ機械的
に加工するため低廉化には限界があるなど、超小型の携
帯機器用水晶振動子としては、極めて重要な課題が残さ
れていた。このことから、周波数が４ＭＨｚ以上で、し
かも、超小型で等価直列抵抗Ｒ1 の小さい零温度係数を
有する、エッチング加工が容易な新しい水晶振動子が所
望されていた。
ら多用されているＡＴカット水晶振動子は、機械加工に
より形成するために、小型化した場合、振動子の支持方
法が難しく、振動漏れによる等価直列抵抗Ｒ1 の増加や
スプリアス振動の発生が多くなり、小型化には限界があ
った。又、衝撃に弱く、更には振動子を１個ずつ機械的
に加工するため低廉化には限界があるなど、超小型の携
帯機器用水晶振動子としては、極めて重要な課題が残さ
れていた。このことから、周波数が４ＭＨｚ以上で、し
かも、超小型で等価直列抵抗Ｒ1 の小さい零温度係数を
有する、エッチング加工が容易な新しい水晶振動子が所
望されていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、以下の方法で
従来の課題を解決するものである。すなわち、幅縦振動
モードで振動する水晶振動子で、厚みｚo 、幅ｘo の比
Ｒzx（ｚo ／ｘ0 ）を０．２５から０．８にすることに
より課題を解決している。
従来の課題を解決するものである。すなわち、幅縦振動
モードで振動する水晶振動子で、厚みｚo 、幅ｘo の比
Ｒzx（ｚo ／ｘ0 ）を０．２５から０．８にすることに
より課題を解決している。
【０００５】
【作用】このように、本発明は幅縦水晶振動子で、しか
も、辺比Ｒzx＝０．２５〜０．８の振動子をエッチング
法により形成することにより、Ｒ1 が小さく、零温度係
数を持った超小型幅縦水晶振動子が得られる。
も、辺比Ｒzx＝０．２５〜０．８の振動子をエッチング
法により形成することにより、Ｒ1 が小さく、零温度係
数を持った超小型幅縦水晶振動子が得られる。
【０００６】
【実施例】次に、本発明を実施例に基づいて具体的に述
べる。図１は、本発明の幅縦水晶振動子１とその座標系
を示す。座標系は原点ｏ、電気軸ｘ、機械軸ｙ、光軸ｚ
からなり、ｏ−ｘｙｚを構成している。まず幅ｘo 、厚
みｚo と長さｙo からなり、幅ｘo 方向に伸縮の振動を
する幅縦水晶振動子１はｚ軸と垂直となるＺ板水晶に一
致するように置く。次に、ｘ軸を回転軸として反時計方
向に角度φ＝２０゜〜３５゜回転、いわゆる、ＫＴカッ
トから振動子は形成される。
べる。図１は、本発明の幅縦水晶振動子１とその座標系
を示す。座標系は原点ｏ、電気軸ｘ、機械軸ｙ、光軸ｚ
からなり、ｏ−ｘｙｚを構成している。まず幅ｘo 、厚
みｚo と長さｙo からなり、幅ｘo 方向に伸縮の振動を
する幅縦水晶振動子１はｚ軸と垂直となるＺ板水晶に一
致するように置く。次に、ｘ軸を回転軸として反時計方
向に角度φ＝２０゜〜３５゜回転、いわゆる、ＫＴカッ
トから振動子は形成される。
【０００７】この様子は図１の破線で示され、座標回転
後の幅縦水晶振動子２で示される。この角度φによっ
て、弾性スチフネス定数の温度係数と膨張係数が変化す
るため、任意の周波数温度特性が得られる。次に、カッ
ト角と辺比Ｒzxの変化による温度特性の挙動について述
べる。図２は、本発明の幅縦水晶振動子のカット角φを
パラメータにしたときの辺比Ｒzxと一次温度係数αとの
関係を示す。φ＝２４゜と３２゜の場合である。図２か
ら明らかなように、辺比Ｒzxを大きくすると、厚みｚo
の影響が出てきて、αの値がそれにより変化する。更
に、その理由を詳述すると、厚みｚo に依存する （１）厚みすべり振動 （２）厚み縦振動 （３）ポアソン比に依存する厚み方向の断面変形振動 の３つの振動が主に幅縦水晶振動子に影響を及ぼすため
である。この３つの振動のうち、（３）は厚みｚo の大
小にかかわらず、その影響の大きさは別として、常に、
αに影響を及ぼしている。図２から、辺比Ｒzxが大きく
なると（ｘo を一定とすると厚みｚo が大きくなる）、
厚みに依存する厚みすべり振動が主振動の幅縦水晶振動
子に結合するために、αは更に正値を持つ。このときに
は厚み縦振動はほとんど主振動とは結合しない。しかし
ながら、更に辺比Ｒzxを大きくすると、今度は厚みすべ
り振動との結合は弱くなり、（２）の厚み縦振動との結
合が強くなるために、αは負値へと変化していく。
後の幅縦水晶振動子２で示される。この角度φによっ
て、弾性スチフネス定数の温度係数と膨張係数が変化す
るため、任意の周波数温度特性が得られる。次に、カッ
ト角と辺比Ｒzxの変化による温度特性の挙動について述
べる。図２は、本発明の幅縦水晶振動子のカット角φを
パラメータにしたときの辺比Ｒzxと一次温度係数αとの
関係を示す。φ＝２４゜と３２゜の場合である。図２か
ら明らかなように、辺比Ｒzxを大きくすると、厚みｚo
の影響が出てきて、αの値がそれにより変化する。更
に、その理由を詳述すると、厚みｚo に依存する （１）厚みすべり振動 （２）厚み縦振動 （３）ポアソン比に依存する厚み方向の断面変形振動 の３つの振動が主に幅縦水晶振動子に影響を及ぼすため
である。この３つの振動のうち、（３）は厚みｚo の大
小にかかわらず、その影響の大きさは別として、常に、
αに影響を及ぼしている。図２から、辺比Ｒzxが大きく
なると（ｘo を一定とすると厚みｚo が大きくなる）、
厚みに依存する厚みすべり振動が主振動の幅縦水晶振動
子に結合するために、αは更に正値を持つ。このときに
は厚み縦振動はほとんど主振動とは結合しない。しかし
ながら、更に辺比Ｒzxを大きくすると、今度は厚みすべ
り振動との結合は弱くなり、（２）の厚み縦振動との結
合が強くなるために、αは負値へと変化していく。
【０００８】この様子は図２からもよく理解できる。
又、辺比Ｒzxを一定にし、角度φが２４゜から３２゜と
大きくなると、αは更に正値へと移動する。φ＝３２゜
のとき、Ｒzx＝０．２５と０．８で、α＝０となる。更
にφ＝２４゜と小さくすると、Ｒzx＝０．２５〜０．８
の間でα＝０となり、零温度係数を持つ幅縦水晶振動子
が得られる。
又、辺比Ｒzxを一定にし、角度φが２４゜から３２゜と
大きくなると、αは更に正値へと移動する。φ＝３２゜
のとき、Ｒzx＝０．２５と０．８で、α＝０となる。更
にφ＝２４゜と小さくすると、Ｒzx＝０．２５〜０．８
の間でα＝０となり、零温度係数を持つ幅縦水晶振動子
が得られる。
【０００９】図３は、本発明の幅縦水晶振動子の周波数
温度特性の一例を示す。振動子の条件はカット角φ＝２
４゜、辺比Ｒzx＝ｚo ／ｘo ＝０．５、周波数ｆ＝１
３．５ＭＨｚの場合である。このとき、一次温度係数α
＝−１．３６×１０-8／℃、二次温度係数β＝−１．２
８×１０-8／℃2 とαが近似的に零で、又、βが従来か
らよく知られているＤＴカット（β＝−１．８×１０-8
／℃2 ）より小さくなるので、優れた周波数温度特性を
得ることができた。
温度特性の一例を示す。振動子の条件はカット角φ＝２
４゜、辺比Ｒzx＝ｚo ／ｘo ＝０．５、周波数ｆ＝１
３．５ＭＨｚの場合である。このとき、一次温度係数α
＝−１．３６×１０-8／℃、二次温度係数β＝−１．２
８×１０-8／℃2 とαが近似的に零で、又、βが従来か
らよく知られているＤＴカット（β＝−１．８×１０-8
／℃2 ）より小さくなるので、優れた周波数温度特性を
得ることができた。
【００１０】次に、本発明の幅縦水晶振動子の幅寸法と
周波数ｆとの関係を示す。図４は、本発明の幅縦水晶振
動子の幅ｘo と周波数ｆとの関係を示す。本発明のＫＴ
カット水晶振動子の周波数定数（ｆ・ｘo ）はカット角
φによって若干変化するが、基本波のとき大略２７０ｋ
Ｈｚ・ｃｍであるので、周波数ｆ＝４．０ＭＨｚ以上の
振動子を実現するには、幅ｘo は大略ｘo ＝６７５μｍ
より小さくすればよいことになる。勿論、高調波を使用
すれば基本波の３、５、７倍等の奇数倍の周波数が得ら
れる。又、長さｙo に依存する長辺振動との結合を避け
るために、長さｙo は幅ｘo より極めて大きくとり、更
に、等価直列抵抗Ｒ1 を小さくするために、通常はｘo
／ｙo ＜０．１に設計される。但し、周波数が７ＭＨｚ
以下と低くなると、幅ｘo は大きくなるので、小型振動
子を得るために、ｘo ／ｙo ＜０．２に設計されるが、
この場合でも長辺振動による影響は全く依存しない。
周波数ｆとの関係を示す。図４は、本発明の幅縦水晶振
動子の幅ｘo と周波数ｆとの関係を示す。本発明のＫＴ
カット水晶振動子の周波数定数（ｆ・ｘo ）はカット角
φによって若干変化するが、基本波のとき大略２７０ｋ
Ｈｚ・ｃｍであるので、周波数ｆ＝４．０ＭＨｚ以上の
振動子を実現するには、幅ｘo は大略ｘo ＝６７５μｍ
より小さくすればよいことになる。勿論、高調波を使用
すれば基本波の３、５、７倍等の奇数倍の周波数が得ら
れる。又、長さｙo に依存する長辺振動との結合を避け
るために、長さｙo は幅ｘo より極めて大きくとり、更
に、等価直列抵抗Ｒ1 を小さくするために、通常はｘo
／ｙo ＜０．１に設計される。但し、周波数が７ＭＨｚ
以下と低くなると、幅ｘo は大きくなるので、小型振動
子を得るために、ｘo ／ｙo ＜０．２に設計されるが、
この場合でも長辺振動による影響は全く依存しない。
【００１１】
【発明の効果】以上述べたように、本発明のＫＴカット
幅縦水晶振動子の辺比Ｒzxを０．２５から０．８にする
ことにより、次の著しい効果を有する。 （１）辺比Ｒzxを０．２５から０．８にすることによ
り、零温度係数が得られる。それ故、周波数温度特性に
優れた幅縦水晶振動子が得られる。 （２）ＫＴカットはエッチング法によって容易に形成で
きるので、小型化、薄型化ができる。 （３）周波数が幅ｘo によって大略決まるので、４ＭＨ
ｚ以上の周波数は、特に、超小型化が可能である。 （４）１枚のウェハ上に多数個の振動子を一度にバッチ
処理できるので、低廉化が可能である。 （５）本振動子は任意の形状をエッチング法にて形成で
きるので、耐衝撃性に優れた振動子が得られる。 （６）辺比Ｒzxを大きくできるので、励振電極面積を大
きくできる。それ故、等価直列抵抗Ｒ1 の小さい幅縦水
晶振動子が得られる。
幅縦水晶振動子の辺比Ｒzxを０．２５から０．８にする
ことにより、次の著しい効果を有する。 （１）辺比Ｒzxを０．２５から０．８にすることによ
り、零温度係数が得られる。それ故、周波数温度特性に
優れた幅縦水晶振動子が得られる。 （２）ＫＴカットはエッチング法によって容易に形成で
きるので、小型化、薄型化ができる。 （３）周波数が幅ｘo によって大略決まるので、４ＭＨ
ｚ以上の周波数は、特に、超小型化が可能である。 （４）１枚のウェハ上に多数個の振動子を一度にバッチ
処理できるので、低廉化が可能である。 （５）本振動子は任意の形状をエッチング法にて形成で
きるので、耐衝撃性に優れた振動子が得られる。 （６）辺比Ｒzxを大きくできるので、励振電極面積を大
きくできる。それ故、等価直列抵抗Ｒ1 の小さい幅縦水
晶振動子が得られる。
【図１】本発明の幅縦水晶振動子とその座標系である。
【図２】本発明の幅縦水晶振動子のカット角φをパラメ
ータにしたときの辺比Ｒzxと一次温度係数αとの関係で
ある。
ータにしたときの辺比Ｒzxと一次温度係数αとの関係で
ある。
【図３】本発明の幅縦水晶振動子の周波数温度特性の一
例を示すものである。
例を示すものである。
【図４】本発明の幅縦水晶振動子の基本波振動での幅ｘ
o と周波数ｆとの関係である。
o と周波数ｆとの関係である。
１ 幅縦水晶振動子 ２ 座標回転後の幅縦水晶振動子 ｘo 振動子の幅 ｙo 振動子の長さ ｚo 振動子の厚み ｘ 電気軸 ｙ 機械軸 ｚ 光軸 φ カット角
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−30736（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−138394（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−149519（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−57631（ＪＰ，Ｕ) 1992 ＩＥＥＥ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ ＣＯＮＴＲＯＬ ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ Ｐ．525−531 1993 ＩＥＥＥ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩ ＯＮＡＬ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ ＣＯＮ ＴＲＯＬ ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ Ｐ. 527−534 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H03H 9/00 - 9/215 H03H 9/54 - 9/60
Claims (3)
- 【請求項１】 幅縦振動モードで振動する水晶振動子に
おいて、前記水晶振動子はｚ軸（光軸）と垂直となるＺ
板水晶をｘ軸（電気軸）を回転軸として反時計方向に角
度φ＝２０°〜３５°座標が回転した水晶板から形成さ
れ、かつ、厚みｚ0、幅ｘ0の比Ｒzx（ｚ0／ｘ0）を０．
２５から０．８にしたことを特徴とするＫＴカット水晶
振動子。 - 【請求項２】 前記水晶振動子が、ｚ軸（光軸）と垂直
となるＺ板水晶をｘ軸（電気軸）を回転軸として反時計
方向に角度φ＝２４°〜３２°座標が回転した水晶板か
ら形成されることを特徴とする請求項１記載のＫＴカッ
ト水晶振動子。 - 【請求項３】 前記水晶振動子の長さｙ 0 と幅ｘ 0 の比が
ｘ 0 ／ｙ 0 ＜０．１であることを特徴とする請求項１記載
のＫＴカット水晶振動子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03196864A JP3135297B2 (ja) | 1991-08-06 | 1991-08-06 | Ｋｔカット水晶振動子 |
| US07/822,532 US5311096A (en) | 1991-01-25 | 1992-01-17 | KT cut width-extensional mode quartz crystal resonator |
| EP92300508A EP0496583B1 (en) | 1991-01-25 | 1992-01-21 | KT cut width-extensional mode quartz crystal resonator |
| DE69225250T DE69225250T2 (de) | 1991-01-25 | 1992-01-21 | Quarzkristall-Resonator im Breitenausdehnungsmodus mit KT-Schnitt |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03196864A JP3135297B2 (ja) | 1991-08-06 | 1991-08-06 | Ｋｔカット水晶振動子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0541628A JPH0541628A (ja) | 1993-02-19 |
| JP3135297B2 true JP3135297B2 (ja) | 2001-02-13 |
Family
ID=16364924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03196864A Expired - Lifetime JP3135297B2 (ja) | 1991-01-25 | 1991-08-06 | Ｋｔカット水晶振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3135297B2 (ja) |
-
1991
- 1991-08-06 JP JP03196864A patent/JP3135297B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| １９９２ ＩＥＥＥ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ ＣＯＮＴＲＯＬ ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ Ｐ．５２５−５３１ |
| １９９３ ＩＥＥＥ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ ＣＯＮＴＲＯＬ ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ Ｐ．５２７−５３４ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0541628A (ja) | 1993-02-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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