JP3135317B2 - 捩り水晶振動子 - Google Patents
捩り水晶振動子Info
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- JP3135317B2 JP3135317B2 JP03293423A JP29342391A JP3135317B2 JP 3135317 B2 JP3135317 B2 JP 3135317B2 JP 03293423 A JP03293423 A JP 03293423A JP 29342391 A JP29342391 A JP 29342391A JP 3135317 B2 JP3135317 B2 JP 3135317B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tuning fork
- torsional
- mass
- crystal resonator
- vibrating arm
- 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】本発明は捩り水晶振動子の形状と
励振電極に関する。特に、小型化，高精度化、耐衝撃性
と低廉化の要求の強い腕時計，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低周波数の
捩り水晶振動子に関する。
励振電極に関する。特に、小型化，高精度化、耐衝撃性
と低廉化の要求の強い腕時計，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低周波数の
捩り水晶振動子に関する。
【０００２】
【従来の技術】周波数が２００ｋＨｚ〜６００ｋＨｚの
水晶振動子は、音叉形状した屈曲水晶振動子と縦水晶振
動子が用いられてきた。
水晶振動子は、音叉形状した屈曲水晶振動子と縦水晶振
動子が用いられてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来か
ら使用されている音叉型屈曲水晶振動子は高調波モード
を使用するため、電極形成が複雑で、リード線等の支持
による振動エネルギー損失が多く、その結果、等価直列
抵抗Ｒ1 が上昇するなどの課題が残されていた。一方、
縦水晶振動子は周波数が振動腕の長さに反比例するた
め、６００ｋＨｚ以下の振動子を実現しようとすると、
自ずからサイズが大きくなり、小型化できないという課
題が残されていた。このようなことから、周波数が２０
０ｋＨｚ〜６００ｋＨｚで、しかも、超小型でＲ1 の小
さい化学的エッチング加工が容易な新形状の水晶振動子
が所望されていた。
ら使用されている音叉型屈曲水晶振動子は高調波モード
を使用するため、電極形成が複雑で、リード線等の支持
による振動エネルギー損失が多く、その結果、等価直列
抵抗Ｒ1 が上昇するなどの課題が残されていた。一方、
縦水晶振動子は周波数が振動腕の長さに反比例するた
め、６００ｋＨｚ以下の振動子を実現しようとすると、
自ずからサイズが大きくなり、小型化できないという課
題が残されていた。このようなことから、周波数が２０
０ｋＨｚ〜６００ｋＨｚで、しかも、超小型でＲ1 の小
さい化学的エッチング加工が容易な新形状の水晶振動子
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、ｙ軸方向の
電界成分により捩り振動モードを励振する水晶振動子
で、振動腕の先端部を振動腕の幅より大きくし、振動腕
とその先端部で質量極慣性モーメントが異なる形状にす
ることにより課題を解決している。
来の課題を解決するものである。すなわち、ｙ軸方向の
電界成分により捩り振動モードを励振する水晶振動子
で、振動腕の先端部を振動腕の幅より大きくし、振動腕
とその先端部で質量極慣性モーメントが異なる形状にす
ることにより課題を解決している。
【０００５】
【作用】このように、本発明は捩り水晶振動子で、しか
もｙ軸方向の電界成分により振動子を励振するので、Ｒ
1 が小さくなり、かつ、振動子の先端部に極慣性モーメ
ントによる負荷質量効果を有するので、２００ｋＨｚ〜
６００ｋＨｚの比較的低周波数の水晶振動子が得られ
る。
もｙ軸方向の電界成分により振動子を励振するので、Ｒ
1 が小さくなり、かつ、振動子の先端部に極慣性モーメ
ントによる負荷質量効果を有するので、２００ｋＨｚ〜
６００ｋＨｚの比較的低周波数の水晶振動子が得られ
る。
【０００６】
【実施例】図１は本発明の音叉形状捩り水晶振動子の形
状と励振電極構成を示す。音叉形状捩り水晶振動子１は
音叉腕２と音叉基部４から成り、音叉腕２の両先端部に
は錘り３が設けられている。又、音叉腕２には励振電極
５と６が異極となるように配置され、音叉基部４を介し
て両音叉腕２に配置されている。図１には図示されてい
ないが、音叉腕２のｚ軸（光軸）方向の対向面にも対向
電極が異極となるように配置されている。
状と励振電極構成を示す。音叉形状捩り水晶振動子１は
音叉腕２と音叉基部４から成り、音叉腕２の両先端部に
は錘り３が設けられている。又、音叉腕２には励振電極
５と６が異極となるように配置され、音叉基部４を介し
て両音叉腕２に配置されている。図１には図示されてい
ないが、音叉腕２のｚ軸（光軸）方向の対向面にも対向
電極が異極となるように配置されている。
【０００７】この振動子はｙ' 軸（機械軸であるｙ軸の
座標回転後の結晶軸）方向に電界を有し、ｙ軸方向に電
界成分を持つカット角で成形される。又、振動子は音叉
腕の長さｙ0 と幅ｘ0 を有している。このような音叉形
状捩り水晶振動子を形成することにより、２００ｋＨｚ
〜６００ｋＨｚと低周波数で、しかも、小型で等価直列
抵抗Ｒ1 の小さい捩り水晶振動子が得られる。
座標回転後の結晶軸）方向に電界を有し、ｙ軸方向に電
界成分を持つカット角で成形される。又、振動子は音叉
腕の長さｙ0 と幅ｘ0 を有している。このような音叉形
状捩り水晶振動子を形成することにより、２００ｋＨｚ
〜６００ｋＨｚと低周波数で、しかも、小型で等価直列
抵抗Ｒ1 の小さい捩り水晶振動子が得られる。
【０００８】図２は本発明の音叉形状捩り水晶振動子の
モデル形状を示す。このモデル形状により先端の錘り効
果を振動部と比較して算出することができる。音叉腕２
を片持ち梁として考え、振動部の長さｙ0 、単位長さ当
たりの質量極慣性モーメントをＩ（ｘ）、先端部の質量
極慣性モーメントＩｍとすると、今、質量比μ＝Ｉｍ／
Ｉｙ0 と定義すると、ｃｏｔｎ' ＝μｎ' （∵ｎ' ＝ｎ
π／２）の関係が図２から得られる。又、共振周波数ｆ
は ｆ＝ｋ（ｎ／ｙ0 ） ……（１） によって与えられる。ｋは定数である。それ故、式
（１）より共振周波数はｎに比例するから、ｎを小さく
すれば低周波数化が可能となる。
モデル形状を示す。このモデル形状により先端の錘り効
果を振動部と比較して算出することができる。音叉腕２
を片持ち梁として考え、振動部の長さｙ0 、単位長さ当
たりの質量極慣性モーメントをＩ（ｘ）、先端部の質量
極慣性モーメントＩｍとすると、今、質量比μ＝Ｉｍ／
Ｉｙ0 と定義すると、ｃｏｔｎ' ＝μｎ' （∵ｎ' ＝ｎ
π／２）の関係が図２から得られる。又、共振周波数ｆ
は ｆ＝ｋ（ｎ／ｙ0 ） ……（１） によって与えられる。ｋは定数である。それ故、式
（１）より共振周波数はｎに比例するから、ｎを小さく
すれば低周波数化が可能となる。
【０００９】次に、ｎの値について説明する。図３は本
発明の音叉形状捩り水晶振動子の質量比μとｎとの関係
を示す。μ＝０のときには、ｎ＝１となり負荷質量が無
い場合である。更に、μを大きくするとｎは徐々に小さ
くなり、μ＝０．４２８のときｎ＝０．８２、更に、μ
＝３．３１と大きくすると、ｎ＝０．３３となる。それ
故、μ＝０．４２８のときに、ｆ＝６００ｋＨｚに設計
すると、μ＝３．３１ではｆ＝２４０ｋＨｚと低周波数
化が実現できる。本発明では耐衝撃性等を考慮した場合
には、μは最大で３．３１付近に限定される。同時に、
小型化をより図るためにはμ＝０．４２８付近からμを
選ぶのが好ましい。
発明の音叉形状捩り水晶振動子の質量比μとｎとの関係
を示す。μ＝０のときには、ｎ＝１となり負荷質量が無
い場合である。更に、μを大きくするとｎは徐々に小さ
くなり、μ＝０．４２８のときｎ＝０．８２、更に、μ
＝３．３１と大きくすると、ｎ＝０．３３となる。それ
故、μ＝０．４２８のときに、ｆ＝６００ｋＨｚに設計
すると、μ＝３．３１ではｆ＝２４０ｋＨｚと低周波数
化が実現できる。本発明では耐衝撃性等を考慮した場合
には、μは最大で３．３１付近に限定される。同時に、
小型化をより図るためにはμ＝０．４２８付近からμを
選ぶのが好ましい。
【００１０】本発明では音叉形状で説明したが、両端自
由型の捩り水晶振動子でも同じ効果を有することは言う
までもない。
由型の捩り水晶振動子でも同じ効果を有することは言う
までもない。
【００１１】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の音叉形状捩
り水晶振動子は次の著しい効果を有する。 （１）音叉腕の先端部に極慣性モーメントによる負荷質
量効果をもたせることにより、２００ｋＨｚ〜６００ｋ
Ｈｚの低周波数を小型サイズで実現できる。 （２）化学的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。同時に、一枚のウエハ上
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。 （３）室温で零温度係数が得られるので、高精度の捩り
水晶振動子となる。 （４）音叉形状に加工されるので、リード線等の支持に
よる振動エネルギー損失が小さくなり、耐衝撃性に優れ
た捩り水晶振動子が得られる。 （５）音叉腕の表裏面に励振電極を配置することによ
り、等価直列抵抗Ｒ1の小さい、Ｑ値の高い音叉形状捩
り水晶振動子が得られる。
り水晶振動子は次の著しい効果を有する。 （１）音叉腕の先端部に極慣性モーメントによる負荷質
量効果をもたせることにより、２００ｋＨｚ〜６００ｋ
Ｈｚの低周波数を小型サイズで実現できる。 （２）化学的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。同時に、一枚のウエハ上
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。 （３）室温で零温度係数が得られるので、高精度の捩り
水晶振動子となる。 （４）音叉形状に加工されるので、リード線等の支持に
よる振動エネルギー損失が小さくなり、耐衝撃性に優れ
た捩り水晶振動子が得られる。 （５）音叉腕の表裏面に励振電極を配置することによ
り、等価直列抵抗Ｒ1の小さい、Ｑ値の高い音叉形状捩
り水晶振動子が得られる。
【図１】本発明の音叉形状捩り水晶振動子の形状と励振
電極構成を示す図である。
電極構成を示す図である。
【図２】本発明の音叉形状捩り水晶振動子のモデル形状
を示す図である。
を示す図である。
【図３】本発明の音叉形状捩り水晶振動子の質量比μと
定数ｎとの関係図である。
定数ｎとの関係図である。
１ 音叉形状捩り水晶振動子 ２ 音叉腕 ３ 錘り ４ 音叉基部 ５，６ 励振電極 ｘ0 音叉腕の幅 ｙ0 音叉腕の長さ Ｉ（ｘ） 単位長さ当たりの質量極慣性モーメント Ｉｍ 音叉先端部の質量極慣性モーメント ｘ' ，ｙ' 座標回転後の電気軸と機械軸 ｚ 光軸 μ 質量比
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−236808（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−58108（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−202113（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−79485（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−131008（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−112311（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−58108（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−113529（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H03H 9/00 - 9/215
Claims (1)
- 【請求項１】 ｙ軸方向の電界成分により捩り振動モー
ドを励振する水晶振動子であって、振動腕の先端部を振
動腕の幅より大きくし、前記振動腕の先端部の質量慣性
モーメントと振動部の質量慣性モーメントとの比μを
０．４２８〜３．３１の間とし、前記振動腕とその先端
部で質量モーメントが異なる形状にしたことを特徴とす
る捩り水晶振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03293423A JP3135317B2 (ja) | 1991-11-08 | 1991-11-08 | 捩り水晶振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03293423A JP3135317B2 (ja) | 1991-11-08 | 1991-11-08 | 捩り水晶振動子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05129875A JPH05129875A (ja) | 1993-05-25 |
| JP3135317B2 true JP3135317B2 (ja) | 2001-02-13 |
Family
ID=17794571
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03293423A Expired - Lifetime JP3135317B2 (ja) | 1991-11-08 | 1991-11-08 | 捩り水晶振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3135317B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ATE453954T1 (de) * | 2007-07-19 | 2010-01-15 | Eta Sa Mft Horlogere Suisse | Piezoelektrischer resonator mit optimierten bewegungsfähigkeiten |
| JP5175128B2 (ja) * | 2008-04-04 | 2013-04-03 | 日本電波工業株式会社 | 音叉型圧電振動片および圧電デバイス |
| JP5509647B2 (ja) * | 2009-03-26 | 2014-06-04 | セイコーエプソン株式会社 | 振動片 |
| JP4609586B2 (ja) * | 2009-06-10 | 2011-01-12 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電振動片、圧電振動片の製造方法および圧電振動子、圧電振動子を搭載した電子機器 |
| JP2014179802A (ja) * | 2013-03-14 | 2014-09-25 | Seiko Epson Corp | 振動子、発振器、電子機器および移動体 |
| JP6349622B2 (ja) | 2013-03-14 | 2018-07-04 | セイコーエプソン株式会社 | 振動素子、振動子、発振器、電子機器および移動体 |
| JP6375612B2 (ja) * | 2013-11-16 | 2018-08-22 | セイコーエプソン株式会社 | 振動片、振動子、発振器、電子機器および移動体 |
-
1991
- 1991-11-08 JP JP03293423A patent/JP3135317B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05129875A (ja) | 1993-05-25 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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