JP3294025B2 - オーバートーン発振用圧電振動子 - Google Patents
オーバートーン発振用圧電振動子Info
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Description
回路を必要とせずに所望のオーバートーン周波数での発
振を可能にするオーバートーン発振用圧電振動子に関す
る。
明する。図12は従来の圧電基板の平面図であり、図1
3は図12の底面図である。圧電基板1は厚みすべり振
動を行うATカットの水晶板からなり、その圧電基板1
の表面中央部に主電極2および圧電基板1の裏面中央部
に電極5を設けることにより主振動エネルギ閉じ込め部
を設け、その周囲に上記主振動エネルギ閉じ込め部の遮
断周波数fcよりも高い遮断周波数Fcをもつ振動エネ
ルギ伝搬部(電極不在部)3を設け、さらにその外側に
上記遮断周波数Fcよりも低い遮断周波数をもつ振動エ
ネルギ吸収部(周辺部電極)4を設け、上記遮断周波数
Fcが、所望のオーバートーン振動の副振動周波数より
も低く、かつ、このオーバートーン振動の主振動周波数
f0より高く設定されており、上記振動エネルギ吸収部
が所望のオーバートーン次数より低次の振動モード(基
本波振動モードを含む)のエネルギを吸収するととも
に、上記主振動よりも高い副振動を外部へ漏洩させるよ
う構成されていた。
トーン発振させた圧電振動子において、より高周波化を
行うために、主電極の直径を小さくしたり、圧電基板の
直径を小さくしていく等の設計手法があるが、主電極を
小さくしすぎると三次オーバートーンのCI値も悪くな
る傾向にある。また主電極を大きくすると三次オーバー
トーンのCI値は良好となるが基本波と三次オーバート
ーンのCI比は2〜4倍になり、一般的に必要とされる
基本波を抑制するためのCI比3倍に対して歩留まりが
50%程度と悪い。そこで前記主電極を大きくした状態
で基本波を抑制する基本波と三次オーバートーンとのC
I比を稼ぐために電極不在部の幅寸法を小さくとる手法
がある。しかし三次オーバートーン主振動の近傍にスプ
リアスが発生し共振特性が悪くなる。このためより安定
したオーバートーン発振を困難なものとしていた。
せ、より安定した三次オーバートーン発振が行える信頼
性の高い圧電振動子を提供する。ならびに、三次オーバ
ートーンのCIの値を悪化させることなく、より安定し
たオーバートーン発振が行える信頼性の高い圧電振動子
を提供する。
次数にてオーバートーン発振するオーバートーン発振用
圧電振動子であって、圧電基板の片面には、前記所望次
数のオーバートーン振動の主振動を閉じ込める主振動エ
ネルギ閉じ込め部を構成する主電極と、当該主電極のほ
ぼ全周に同一幅寸法Gの前記振動エネルギ伝搬部を構成
する電極不在部を介して前記振動エネルギ吸収部を構成
する周辺電極が形成されており、前記圧電基板の他の片
面には少なくとも前記主電極と電極不在部、ならびに周
辺電極の対向面のほぼ全面に形成された裏面電極が形成
されているとともに、前記主電極のみを圧電基板の一端
部まで形成するリード電極と、前記周辺電極および全裏
面電極を圧電基板の反対側の端部まで形成するリード電
極を有してなり、前記電極不在部の少なくとも一箇所に
幅狭部分を形成してなる周辺補助電極を設けたことを特
徴とする。
電基板のX軸方向に設けられていることを特徴とする。
とも前記周辺補助電極に隣接する箇所の電極厚みを前記
主電極の厚みより厚くしたことを特徴とする。
るオーバートーン発振用圧電振動子であって、圧電基板
の片面には、前記所望次数のオーバートーン振動の主振
動を閉じ込める主振動エネルギ閉じ込め部を構成する主
電極と、当該主電極のほぼ全周に前記振動エネルギ伝搬
部を構成する電極不在部を介して前記振動エネルギ吸収
部を構成する周辺電極が形成されており、前記圧電基板
の他の片面には少なくとも前記主電極と電極不在部、な
らびに周辺電極の対向面のほぼ全面に形成された裏面電
極が形成されているとともに、前記主電極のみを圧電基
板の一端部まで形成するリード電極と、前記周辺電極お
よび裏面電極を圧電基板の反対側の端部まで形成するリ
ード電極を有してなり、前記主電極は圧電基板のX軸方
向に長く、Z’軸方向に短い形状としたことを特徴とす
る。
くとも一箇所に幅狭部分を設け、かつ、前記幅狭部分は
圧電基板のZ’軸方向に設けられていることを特徴とす
る。
ーンとのCI比を稼ぐとともに三次オーバートーンのC
I値を悪化させないようにするには、電極不在部の寸法
を小さくしていけばよいが、三次オーバートーン主振動
の近傍にスプリアスが発生し共振特性が悪くなる。そこ
で、周辺補助電極を形成して電極不在部の少なくとも一
箇所の幅寸法を小さくとることにより、スプリアスが発
生せず、かつ基本波を抑制する基本波と三次オーバート
ーンとのCI比を稼ぐとともに三次オーバートーンのC
I値を悪化させない。
する軸方向を振動エネルギの分布方向であるX軸に指定
するため、より一層の基本波抑制効果が向上する。
する箇所の電極厚みを主電極の厚みより厚くしたため、
基本波の振動エネルギを吸収し、より一層基本波抑制効
果が向上する。
ルギの分布方向に沿った主電極形状となるため、基本波
より振動変位の小さい三次オーバートーンは、周辺電極
の影響を受けずにCI値を良好に保ちつつ、かつ、三次
オーバートーンより振動変位の大きい基本波は、振動エ
ネルギの分布方向に直交する方向からの周辺電極の影響
により基本波を抑制することができる。以上のように、
三次オーバートーンは、ほとんど周辺電極の影響を受け
ないために、主振動の近傍にスプリアスが発生し共振特
性が悪くなることがない。
方向を振動エネルギの分布方向に直交するZ’軸に指定
することにより、三次オーバートーンのCI値を良好に
保ちつつ、より一層基本波を抑制することができる。
示す。図14は、図1,図3,図6,図11に示すよう
な本発明による構成の圧電振動子において、また、図1
2に示すような従来の構成の圧電振動子において、基本
波と三次オーバートーンとのCI値の比較統計データを
示すグラフである。以下詳細を説明する。前記5つの実
施例の共通事項として、周波数72MHzの水晶振動子
における水晶板の直径を6.5mm、電極不在部の寸法
(G)を0.4mm、裏面電極の直径を6.0mmと
し、いずれの電極厚みも0.15μmで形成した。そし
て図1,図12については軸指定をせず、主電極の直径
1.5mmとし、図3,図6については幅狭部分をX軸
方向に指定し、主電極の直径を1.5mmとした。そし
て、図11については幅狭部分をZ’軸方向に指定し、
主電極をX軸方向に1.75mm、Z’軸方向に1.2
5mmの楕円形状とした。また、図1,図3,図6,図
11における電極不在部の幅狭部の寸法(G’)は0.
2mmとして周辺補助電極を設け、図3,図6は前記主
電極最端部から内部に0.4mm入り込ませて周辺補助
電極を設けた。また、図6については周辺電極の厚みの
みを0.3μmとした。このグラフから、従来の図12
の構成にくらべ幅狭部を設けた図1による構成の方が基
本波抑制効果が向上し、さらに図1より幅狭部分をX軸
に指定した図3、図3より周辺電極厚みを主電極厚みよ
り厚くした図6と、より基本波抑制効果向上しているの
がわかる。また、図11は、図3、図6にくらべて基本
波抑制効果は劣るが、三次オーバートーンCI値が向上
しているのがわかる。
G寸法0.4mmに対しG’寸法を0.2mmとした
が、G寸法0.4mmに対しG’寸法を0.1mm〜
0.3mmの範囲で設定しても同様の効果があることが
わかった。尚、G’寸法(幅狭部)を小さくしすぎる
と、短絡の可能性があり、電極マスクが加工上の熱歪み
等による変形を起こすため電極マスク強度上の問題があ
る。
1、図2を参照にして説明する。図1は本発明の第1の
実施例を示す圧電基板の平面図であり、図2は図1の底
面図である。尚、他の実施例と同様の部分については同
番号を付した。圧電基板11は、厚みすべり振動を行う
ATカット水晶板からなり、6.5mmφで形成されて
いる。その圧電基板11の表面には、主電極21a
(1.5mmφ)が設けられ、幅寸法G(0.4mm)
の電極不在部31を介して、さらにその周辺に周辺電極
41a(幅寸法1.85mm)が設けられている。そし
て、周辺電極41aには圧電基板11の重心Oをとおり
垂直方向に互いに対向する方向に延びる周辺補助電極4
11a,412aを設け、電極不在部31に幅寸法G’
(0.2mm)の幅狭部を形成した。また、圧電基板1
1の裏面には前記表面電極群に対応して、圧電基板11
のほぼ全面に電極51a(6.0mmφ)が設けられて
いる。このような構造において、主電極21aとそれに
対応する裏面電極51aの一部分が主振動エネルギ閉じ
込め部を構成し、電極不在部31とそれに対応する裏面
電極51aの一部分が振動エネルギ伝搬部を構成し、周
辺電極41aとそれに対応する裏面電極51aの一部分
が振動エネルギ吸収部を構成している。また、主電極2
1aから圧電基板11の一端部までリード電極21bが
形成され、周辺電極41aおよび裏面電極51aは圧電
基板11の反対側の端部までリード電極41b,51b
が形成されている。そして、これらの電極は真空蒸着
法、あるいはスパッタリング蒸着法等により、厚み0.
15μmで形成される。尚、第1の実施例では、垂直方
向に向かって二箇所の周辺補助電極411a,412a
を設けたがいずれか一方のみを形成した構成であっても
よい。
3を参照にして説明する。図3は本発明の第2の実施例
を示す圧電基板の平面図である。尚、他の実施例と同様
の部分については同番号を付した。圧電基板11は、厚
みすべり振動を行うATカット水晶板からなり、6.5
mmφで形成されている。その圧電基板11の表面に
は、主電極22a(2.0mmφ)が設けられ、幅寸法
G(0.4mm)の電極不在部32を介して、さらにそ
の周辺に周辺電極42a(幅寸法1.6mm)が設けら
れている。そして、周辺電極42aには圧電基板11の
重心Oをとおり圧電基板の結晶軸で振動エネルギの分布
方向であるX軸に沿って、主電極22aには重心Oへの
奥行0.4mmの切り欠き部221a,222aを設け
ると共に、周辺電極42aには電極周辺補助電極421
a,422aを設けて電極不在部32に幅寸法G’
(0.2mm)の幅狭部を形成した。また、圧電基板1
1の裏面には前記表面電極群に対応して、圧電基板11
のほぼ全面に裏面電極(図2と同様のため図示せず)が
設けられている。このような構造において、主電極22
aとそれに対応する裏面電極の一部分が主振動エネルギ
閉じ込め部を構成し、電極不在部32とそれに対応する
裏面電極の一部分が振動エネルギ伝搬部を構成し、周辺
電極42aとそれに対応する裏面電極の一部分が振動エ
ネルギ吸収部を構成している。また、主電極21aから
圧電基板11の一端部までリード電極22bが形成さ
れ、周辺電極42aは圧電基板11の反対側の端部まで
リード電極42bが形成されている。そして、これらの
電極は真空蒸着法、あるいはスパッタリング蒸着法等に
より、厚み0.15μmで形成される。尚、第2の実施
例では、圧電基板X軸方向に沿って二箇所の周辺補助電
極421a,422a、ならびに主電極切り欠き部22
1a,222aを設けたが、いずれか一方のみを形成し
た構成であってもよい。
る。図4は第3の実施例を示す圧電基板の平面図であ
る。長円状の主電極23aが設けられ、圧電基板の結晶
軸で振動エネルギの分布方向であるX軸に方向には幅寸
法G’の、Z’方向には幅寸法Gの電極不在部33を有
するように周辺電極43aを設けた構成である。また、
図5は第4の実施例を示す圧電基板の平面図であり、前
記第3の実施例を変形例である。圧電基板11に長円状
の主電極24aに切り欠き部241a,242aが設け
られ、圧電基板の結晶軸で振動エネルギの分布方向であ
るX軸方向には幅寸法G’の、Z’方向には幅寸法Gの
電極不在部34を有するように周辺電極44aと前記切
り欠き部241a,242aに対応した形状の周辺補助
電極441a,442aとを設けた構成である。
6、図7、図8を参照にして説明する。図6は本発明の
第5の実施例を示す圧電基板の平面図であり、図7は図
6のA−A線に沿う断面図であり、図8は図6のB−B
線に沿う断面図である。圧電基板11は、厚みすべり振
動を行うATカット水晶板からなる。その圧電基板11
の表面には、主電極22aが設けられ、幅寸法G(0.
4mm)の電極不在部32を介して、さらにその周辺に
周辺電極42aが設けられている。そして、圧電基板1
1の重心Oから圧電基板の結晶軸で振動エネルギの分布
方向であるX軸に沿って、主電極22aには重心Oへの
奥行0.4mmの切り欠き部221a,222aを設け
ると共に、周辺電極42aには電極周辺補助電極421
a,422aを設けて電極不在部32に幅寸法G’
(0.2mm)の幅狭部を形成した。また、圧電基板1
1の裏面には前記表面電極群に対応して、圧電基板11
のほぼ全面に裏面電極51aが設けられている。このよ
うな構造において、主電極22aとそれに対応する裏面
電極の一部分が主振動エネルギ閉じ込め部を構成し、電
極不在部32とそれに対応する裏面電極の一部分が振動
エネルギ伝搬部を構成し、周辺電極42aとそれに対応
する裏面電極の一部分が振動エネルギ吸収部を構成して
いる。また、主電極22aから圧電基板11の一端部ま
でリード電極22bが形成され、周辺電極42aは圧電
基板11の反対側の端部までリード電極42bが形成さ
れている。そして、これらの電極は例えば真空蒸着法に
より、厚み0.15μmで形成される。そして周辺電極
42aと周辺補助電極421a,422a、およびリー
ド電極42bとについては、前記電極群が露出した蒸着
マスクでさらにもう一度、真空蒸着を施すことにより上
面電極42c,421c,422c、42dが形成され
て電極の厚みは0.3μmとなる。このため振動エネル
ギを吸収する効果が向上する。尚、第5の実施例では、
そして周辺電極42aと周辺補助電極421a,422
a、およびリード電極42bとについて電極厚みを厚く
したが、図9(第6の実施例)に示すように、周辺補助
電極441c,412cと少なくとも振動変位方向の周
辺電極41aの一部である41cからリード電極41d
にかけての厚みを厚くすることによっても同様の効果を
もたらすことができる。
記第1〜第6の実施例では圧電基板の結晶軸で振動エネ
ルギの分布方向であるX軸は両端のリード電極と直交す
る方向であったが、第7の実施例では圧電基板の結晶軸
で振動エネルギの分布方向であるX軸は両端のリード電
極と平行する場合の実施例である。以下図と共に説明す
る。図10は第7の実施例を示す圧電基板の平面図であ
り、圧電基板11に主電極25aが設けられ、圧電基板
の結晶軸で振動エネルギの分布方向であるX軸に沿って
(両端のリード電極方向)、主電極25aには重心Oへ
の奥行0.4mmの切り欠き部251aを設けると共
に、周辺電極45aには電極周辺補助電極451aを設
けて幅寸法G(0.4mm)の電極不在部35に幅寸法
G’(0.2mm)の幅狭部を形成した構成である。そ
して、周辺補助電極451aと少なくとも振動変位方向
の周辺電極45aの一部の45cからリード電極41d
にかけてと前記45cの他端側である45d,45eの
厚みを厚く形成した。
11を参照にして説明する。図11は本発明の第8の実
施例を示す圧電基板の平面図である。尚、他の実施例と
同様の部分については同番号を付した。圧電基板11
は、厚みすべり振動を行うATカット水晶板からなり、
6.5mmφで形成されている。その圧電基板11の表
面には、楕円形状の主電極26a(X軸方向に1.75
mm、Z’軸方向に1.25mm)が設けられ、圧電基
板の結晶軸で振動エネルギの分布方向であるX軸に方向
には幅寸法G(0.4mm)の、Z’方向には幅寸法
G’(0.2mm)の電極不在部36を有するように周
辺電極46aを形成した。また、圧電基板11の裏面に
は前記表面電極群に対応して、圧電基板11のほぼ全面
に電極(図示せず)が設けられている。このような構造
において、主電極26aとそれに対応する裏面電極の一
部分が主振動エネルギ閉じ込め部を構成し、電極不在部
36とそれに対応する裏面電極の一部分が振動エネルギ
伝搬部を構成し、周辺電極46aとそれに対応する裏面
電極aの一部分が振動エネルギ吸収部を構成している。
また、主電極26aから圧電基板11の一端部までと、
周辺電極46aおよび裏面電極は圧電基板11の反対側
の端部までリード電極がそれぞれ形成されている。そし
て、これらの電極は真空蒸着法、あるいはスパッタリン
グ蒸着法等により、厚み0.15μmで形成される。
尚、第8の実施例では、圧電基板のX軸方向に長く、
Z’軸方向に短い主電極形状として楕円形状を例にして
説明したが、図4、図5に示されるような形状、ならび
に菱形、長方形、六角形状であってもよい。
バートーンとのCI比を稼ぐとともに三次オーバートー
ンのCI値を悪化させず、主振動の近傍にスプリアスが
発生することもない安定したオーバートーン発振が行え
る信頼性の高い圧電振動子を提供することができる。
果が向上し、より安定したオーバートーン発振が行える
信頼性の高い圧電振動子を提供することができる。
ギを吸収して、一層の基本波抑制効果が向上し、より安
定したオーバートーン発振が行える信頼性の高い圧電振
動子を提供することができる。
のCI値を良好に保ちつつ、かつ、基本波抑制するた
め、電気的特性が良好で安定したオーバートーン発振が
行える信頼性の高い圧電振動子を提供することができ
る。
のCI値を良好に保ちつつ、かつ、一層の基本波抑制す
るため、電気的特性が良好でより安定したオーバートー
ン発振が行える信頼性の高い圧電振動子を提供すること
ができる。
である。
である。
である。
である。
である。
である。
図である。
図である。
る。
較統計データを示すグラフである。
・・・主電極 3,31,32,33,34,35,36・・・電極不
在部 4,41a,42a,43a,44a,45a,46a
・・・周辺電極 5,51a・・・裏面電極
Claims (5)
- 【請求項1】 所望次数にてオーバートーン発振するオ
ーバートーン発振用圧電振動子であって、 圧電基板の片面には、前記所望次数のオーバートーン振
動の主振動を閉じ込める主振動エネルギ閉じ込め部を構
成する主電極と、当該主電極のほぼ全周に同一幅寸法G
の前記振動エネルギ伝搬部を構成する電極不在部を介し
て前記振動エネルギ吸収部を構成する周辺電極が形成さ
れており、 前記圧電基板の他の片面には少なくとも前記主電極と電
極不在部、ならびに周辺電極の対向面のほぼ全面に形成
された裏面電極が形成されているとともに、 前記主電極のみを圧電基板の一端部まで形成するリード
電極と、前記周辺電極および全裏面電極を圧電基板の反
対側の端部まで形成するリード電極を有してなり、 前記電極不在部の少なくとも一箇所に幅狭部分を形成し
てなる周辺補助電極を設けたことを特徴とするオーバー
トーン発振用圧電振動子。 - 【請求項2】 前記周辺補助電極は圧電基板のX軸方向
に設けられていることを特徴とする特許請求項1項記載
のオーバートーン発振用圧電振動子。 - 【請求項3】 周辺電極のうち少なくとも前記周辺補助
電極に隣接する箇所の電極厚みを前記主電極の厚みより
厚くしたことを特徴とする特許請求項1項記載、又は特
許請求項第2項記載のオーバートーン発振用振動子。 - 【請求項4】 所望次数にてオーバートーン発振するオ
ーバートーン発振用圧電振動子であって、 圧電基板の片面には、前記所望次数のオーバートーン振
動の主振動を閉じ込める主振動エネルギ閉じ込め部を構
成する主電極と、当該主電極のほぼ全周に前記振動エネ
ルギ伝搬部を構成する電極不在部を介して前記振動エネ
ルギ吸収部を構成する周辺電極が形成されており、 前記圧電基板の他の片面には少なくとも前記主電極と電
極不在部、ならびに周辺電極の対向面のほぼ全面に形成
された裏面電極が形成されているとともに、 前記主電極のみを圧電基板の一端部まで形成するリード
電極と、前記周辺電極および裏面電極を圧電基板の反対
側の端部まで形成するリード電極を有してなり、 前記主
電極は圧電基板のX軸方向に長く、Z’軸方向に短い形
状としたことを特徴とするオーバートーン発振用圧電振
動子。 - 【請求項5】 前記電極不在部の少なくとも一箇所に幅
狭部分を設け、かつ、前記幅狭部分は圧電基板のZ’軸
方向に設けられていることを特徴とする特許請求項4項
記載のオーバートーン発振用圧電振動子。
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JP33883193 | 1993-12-01 | ||
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JPH07212179A JPH07212179A (ja) | 1995-08-11 |
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US9503045B2 (en) | 2015-01-19 | 2016-11-22 | Seiko Epson Corporation | Resonator element, resonator, oscillator, electronic apparatus, and moving object |
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1994
- 1994-10-25 JP JP28587294A patent/JP3294025B2/ja not_active Expired - Fee Related
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