JP3373840B2 - ラーメモード水晶振動子 - Google Patents
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- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ラーメモード水晶
振動子のカット角に関するものであり、特に、小型化、
高精度化、低廉化の要求の強いＩＣカードなどの携帯機
器用の基準信号源として最適なラーメモード水晶振動子
のカット角に関するものである。なお、ラーメモード水
晶振動子に関する概説は、本願発明者等が社団法人電子
通信学会論文誌ＶＯＬ．Ｊ８２−Ｃ−Ｉ Ｎｏ．１２
（１９９９年１２月号）の第６６７〜６８２頁に発表し
た論文「水晶振動子とその応用デバイス」に記載されて
いる。
振動子のカット角に関するものであり、特に、小型化、
高精度化、低廉化の要求の強いＩＣカードなどの携帯機
器用の基準信号源として最適なラーメモード水晶振動子
のカット角に関するものである。なお、ラーメモード水
晶振動子に関する概説は、本願発明者等が社団法人電子
通信学会論文誌ＶＯＬ．Ｊ８２−Ｃ−Ｉ Ｎｏ．１２
（１９９９年１２月号）の第６６７〜６８２頁に発表し
た論文「水晶振動子とその応用デバイス」に記載されて
いる。
【０００２】
【従来の技術】図７は従来よく知られているラーメモー
ド水晶振動子１００の、水晶の結晶構造の座標系ｏ−ｘ
ｙｚにおけるカットの向きを示し、ｘ′，ｙ′，ｚ′，
ｚ″は座標系回転後の座標軸（カット後の結晶軸）であ
る。この向きは、Ｙ板水晶板をまずｘ軸廻りにφｙ度回
転させ、次に、ｙ軸の新軸ｙ′軸の廻りにθｙ度回転さ
せたものである。
ド水晶振動子１００の、水晶の結晶構造の座標系ｏ−ｘ
ｙｚにおけるカットの向きを示し、ｘ′，ｙ′，ｚ′，
ｚ″は座標系回転後の座標軸（カット後の結晶軸）であ
る。この向きは、Ｙ板水晶板をまずｘ軸廻りにφｙ度回
転させ、次に、ｙ軸の新軸ｙ′軸の廻りにθｙ度回転さ
せたものである。
【０００３】図８は零温度係数を与えるラーメモード水
晶振動子のカット角φｙとカット角θｙとの関係を示
す。曲線１０２で示すように、θｙ＝３０°〜６０°で
ラーメモード水晶振動子が存在する。このときのカット
角θｙと２次温度係数βとの関係を図９に示す。曲線１
０３で示すように、カット角θｙ＝４５°のとき２次温
度係数βはβ＝−５．４×１０−８／℃２と水晶振動子
の２次温度係数としてはその絶対値は大変に大きい。
又、曲線１０３から、θｙ＝４５°から離れるにつれて
２次温度係数βの絶対値は小さくなり、θｙ＝３０°と
６０°でβ＝−４．５×１０−８／℃２となる。
晶振動子のカット角φｙとカット角θｙとの関係を示
す。曲線１０２で示すように、θｙ＝３０°〜６０°で
ラーメモード水晶振動子が存在する。このときのカット
角θｙと２次温度係数βとの関係を図９に示す。曲線１
０３で示すように、カット角θｙ＝４５°のとき２次温
度係数βはβ＝−５．４×１０−８／℃２と水晶振動子
の２次温度係数としてはその絶対値は大変に大きい。
又、曲線１０３から、θｙ＝４５°から離れるにつれて
２次温度係数βの絶対値は小さくなり、θｙ＝３０°と
６０°でβ＝−４．５×１０−８／℃２となる。
【０００４】又、振動子形状は図２０で示すように、従
来のラーメモード水晶振動子２００は振動部２０７と支
持フレーム２０１，２１３とマウント部２０２とを具え
て構成されている。振動部２０７には電極２０８，２０
９，２１０（裏面にも電極が配置されているが図面には
示されていない）が配置され、それらの電極はマウント
部２０２で電極端子２１１，２１２になるように構成さ
れており、互いに隣り合う電極および互いに表裏に位置
する電極は互いに異極になる。更に、振動部２０７は、
接続部２０３と２０６を介して支持フレーム２１３と２
０１に接続され、且つ、接続部２０４と２０５を介して
支持フレーム２１３，２０１とマウント部２０２に接続
されている。
来のラーメモード水晶振動子２００は振動部２０７と支
持フレーム２０１，２１３とマウント部２０２とを具え
て構成されている。振動部２０７には電極２０８，２０
９，２１０（裏面にも電極が配置されているが図面には
示されていない）が配置され、それらの電極はマウント
部２０２で電極端子２１１，２１２になるように構成さ
れており、互いに隣り合う電極および互いに表裏に位置
する電極は互いに異極になる。更に、振動部２０７は、
接続部２０３と２０６を介して支持フレーム２１３と２
０１に接続され、且つ、接続部２０４と２０５を介して
支持フレーム２１３，２０１とマウント部２０２に接続
されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ラーメモード水晶振動子は上記のように２次温度係数β
が大変に大きいので、広い温度範囲に亘って周波数変化
の小さい水晶振動子が得られなかった。そのため、２次
温度係数βが小さくなるラーメモード水晶振動子の実現
が課題として残されていた。
ラーメモード水晶振動子は上記のように２次温度係数β
が大変に大きいので、広い温度範囲に亘って周波数変化
の小さい水晶振動子が得られなかった。そのため、２次
温度係数βが小さくなるラーメモード水晶振動子の実現
が課題として残されていた。
【０００６】
【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、２つの振動
が異位相で生じるラーメモード水晶振動子で、前記振動
子はＸ板水晶をｙ軸を回転軸として３６．５°〜４７°
回転させ、更に、ｘ軸の新軸ｘ′軸を回転軸として６５
°〜８５°回転させた向きにカットした水晶板から形成
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、２つの振動
が異位相で生じるラーメモード水晶振動子で、前記振動
子はＸ板水晶をｙ軸を回転軸として３６．５°〜４７°
回転させ、更に、ｘ軸の新軸ｘ′軸を回転軸として６５
°〜８５°回転させた向きにカットした水晶板から形成
することにより課題を解決している。
【０００７】
【発明の効果】このように、本発明は新カットのラーメ
モード水晶振動子とすることにより、２次温度係数βが
小さくなるラーメモード水晶振動子が得られる。すなわ
ち、本発明のカット角を有する高次ラーメモード水晶振
動子を提供することにより、次の著しい効果を有する。
２次温度係数βが大略−１×１０−８／℃２とその絶対
値が非常に小さい。それ故、広い温度範囲に亘って周波
数変化の小さいラーメモード水晶振動子が得られる。
モード水晶振動子とすることにより、２次温度係数βが
小さくなるラーメモード水晶振動子が得られる。すなわ
ち、本発明のカット角を有する高次ラーメモード水晶振
動子を提供することにより、次の著しい効果を有する。
２次温度係数βが大略−１×１０−８／℃２とその絶対
値が非常に小さい。それ故、広い温度範囲に亘って周波
数変化の小さいラーメモード水晶振動子が得られる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づき具体的に述べる。
づき具体的に述べる。
【０００９】（実施例１）
図１は本発明のラーメモード水晶振動子を切り出すため
の水晶板１とその座標系を示す。水晶の結晶構造の座標
系は原点ｏ，電気軸ｘ，機械軸ｙ，光軸ｚからなり座標
系ｏ−ｘｙｚを構成している。Ｘ板水晶はまずｙ軸廻り
に角度φｘ回転され、更に、ｘ軸の新軸ｘ′軸廻りにθ
ｘ回転される。本発明のラーメモード水晶振動子はこの
ように回転された向きにカットされた水晶板から形成さ
れる。
の水晶板１とその座標系を示す。水晶の結晶構造の座標
系は原点ｏ，電気軸ｘ，機械軸ｙ，光軸ｚからなり座標
系ｏ−ｘｙｚを構成している。Ｘ板水晶はまずｙ軸廻り
に角度φｘ回転され、更に、ｘ軸の新軸ｘ′軸廻りにθ
ｘ回転される。本発明のラーメモード水晶振動子はこの
ように回転された向きにカットされた水晶板から形成さ
れる。
【００１０】図２は、本発明のラーメモード水晶振動子
の零温度係数（１次温度係数αが零）を与えるカット角
φｘとカット角θｘとの関係である。曲線２で示すよう
に、カット角φｘが、φｘ＝３６．５°〜４７°，θｘ
＝６５°〜８５°で零温度係数が存在することが分か
る。
の零温度係数（１次温度係数αが零）を与えるカット角
φｘとカット角θｘとの関係である。曲線２で示すよう
に、カット角φｘが、φｘ＝３６．５°〜４７°，θｘ
＝６５°〜８５°で零温度係数が存在することが分か
る。
【００１１】図３は図２の関係で、カット角θｘと２次
温度係数βとの関係である。曲線３で示すように、φｘ
＝３６．５°〜４７°に対応するθｘ＝６５°〜８５°
で２次温度係数βは大略−１×１０−８／℃２となり、
その絶対値は従来のラーメモード水晶振動子のβの約１
／５〜１／４と著しく小さくなることが分かる。
温度係数βとの関係である。曲線３で示すように、φｘ
＝３６．５°〜４７°に対応するθｘ＝６５°〜８５°
で２次温度係数βは大略−１×１０−８／℃２となり、
その絶対値は従来のラーメモード水晶振動子のβの約１
／５〜１／４と著しく小さくなることが分かる。
【００１２】図４は、本発明のラーメモード水晶振動子
の零温度係数を与えるカット角φｘとカット角θｘとの
他の関係である。曲線４では、φｘ＝１３３°〜１４
３．５°，θｘ＝５°〜２５°で零温度係数が存在す
る。又、図５は図４のカット角θｘと２次温度係数βと
の関係である。曲線５で示すように、φｘ＝１３３°〜
１４３．５°に対応するθｘ＝５°〜２５°で２次温度
係数β＝−１×１０−８／℃２とその絶対値は著しく小
さくなる。
の零温度係数を与えるカット角φｘとカット角θｘとの
他の関係である。曲線４では、φｘ＝１３３°〜１４
３．５°，θｘ＝５°〜２５°で零温度係数が存在す
る。又、図５は図４のカット角θｘと２次温度係数βと
の関係である。曲線５で示すように、φｘ＝１３３°〜
１４３．５°に対応するθｘ＝５°〜２５°で２次温度
係数β＝−１×１０−８／℃２とその絶対値は著しく小
さくなる。
【００１３】図６は本発明のラーメモード水晶振動子の
周波数温度特性の一実施例を示す。本実施例はカット角
φｘ＝４７°，θｘ＝６５°の場合である。この実施例
の特性は曲線６で示されている。２次温度係数βの絶対
値が従来のラーメモード水晶振動子より大変に小さいの
で、本発明の水晶振動子は曲線６で示すように広い温度
範囲に亘って周波数変化が小さい。一方、曲線１０１は
従来のラーメモード水晶振動子の周波数温度特性を示
し、この図から本発明のラーメモード水晶振動子の方が
はるかに優れていることがわかる。
周波数温度特性の一実施例を示す。本実施例はカット角
φｘ＝４７°，θｘ＝６５°の場合である。この実施例
の特性は曲線６で示されている。２次温度係数βの絶対
値が従来のラーメモード水晶振動子より大変に小さいの
で、本発明の水晶振動子は曲線６で示すように広い温度
範囲に亘って周波数変化が小さい。一方、曲線１０１は
従来のラーメモード水晶振動子の周波数温度特性を示
し、この図から本発明のラーメモード水晶振動子の方が
はるかに優れていることがわかる。
【００１４】（実施例２）
図１０は、本発明の高次（オーバートーン）ラーメモー
ド水晶振動子形状の正面図の一実施例を示す。水晶振動
子７は、振動部９と、支持フレーム８と、マウント部１
０と、接続部１１，１２とを具えるように構成され、一
体に形成されている。振動部９は、接続部１１を介して
支持フレーム８に接続されると同時に、接続部１２を介
してマウント部１０に接続されている。接続部１１，１
２は各々振動部の対角方向の端部に設けられている。本
実施例では振動部９の長手方向に電極１３，１４，１５
が、互いに隣接する電極同士が異極になるように配置さ
れている。即ち、電極は３分割されている。この振動子
は（３，１）次の高次モードで振動する。電極１３は支
持フレーム８上に配置された電極１８を介して、マウン
ト部１０に配置された電極端子１６に接続されている。
電極１３と１５は側面（図示されていない）を介して接
続されている。また、電極１４は電極端子１７と同極と
なるように構成される。このように、本発明では、振動
部９と、支持フレーム８およびマウント部１０との接続
が２ヶ所であるので、振動部の振動エネルギーの損失を
小さくすることができる。その結果、等価直列抵抗Ｒ１
の小さい、Ｑ値の高いラーメモード水晶振動子が得られ
る。また、接続部１１と接続部１２は振動部９の互いに
反対側の端部に、しかも対角方向に設けているので、衝
撃に対しても強くなる。
ド水晶振動子形状の正面図の一実施例を示す。水晶振動
子７は、振動部９と、支持フレーム８と、マウント部１
０と、接続部１１，１２とを具えるように構成され、一
体に形成されている。振動部９は、接続部１１を介して
支持フレーム８に接続されると同時に、接続部１２を介
してマウント部１０に接続されている。接続部１１，１
２は各々振動部の対角方向の端部に設けられている。本
実施例では振動部９の長手方向に電極１３，１４，１５
が、互いに隣接する電極同士が異極になるように配置さ
れている。即ち、電極は３分割されている。この振動子
は（３，１）次の高次モードで振動する。電極１３は支
持フレーム８上に配置された電極１８を介して、マウン
ト部１０に配置された電極端子１６に接続されている。
電極１３と１５は側面（図示されていない）を介して接
続されている。また、電極１４は電極端子１７と同極と
なるように構成される。このように、本発明では、振動
部９と、支持フレーム８およびマウント部１０との接続
が２ヶ所であるので、振動部の振動エネルギーの損失を
小さくすることができる。その結果、等価直列抵抗Ｒ１
の小さい、Ｑ値の高いラーメモード水晶振動子が得られ
る。また、接続部１１と接続部１２は振動部９の互いに
反対側の端部に、しかも対角方向に設けているので、衝
撃に対しても強くなる。
【００１５】図１１は、図１０の振動子の右側面図であ
る。振動部９には正面側の電極１３，１４，１５に対抗
して裏面側に電極１９，２０，２１が配置されている。
更に、電極１３，１５，２０と電極端子１６，２２は同
極に、電極１４，１９，２１と電極端子１７は同極にな
るように構成されていて、電気的には、２電極端子構造
１６，１７を構成する。今、２電極端子１６，１７に交
番電圧を印加すると、各電極が配置された振動部の部分
はそれぞれ長辺方向と短辺方向に伸縮の振動を繰り返
す。即ち、異位相で振動する。
る。振動部９には正面側の電極１３，１４，１５に対抗
して裏面側に電極１９，２０，２１が配置されている。
更に、電極１３，１５，２０と電極端子１６，２２は同
極に、電極１４，１９，２１と電極端子１７は同極にな
るように構成されていて、電気的には、２電極端子構造
１６，１７を構成する。今、２電極端子１６，１７に交
番電圧を印加すると、各電極が配置された振動部の部分
はそれぞれ長辺方向と短辺方向に伸縮の振動を繰り返
す。即ち、異位相で振動する。
【００１６】（実施例３）
図１２は、本発明の高次（オーバートーン）ラーメモー
ド水晶振動子形状の正面図の他の実施例を示す。水晶振
動子２３は、振動部２６と、支持フレーム２４と、マウ
ント部２５と、接続部２７，２８とを具えるように構成
されている。振動部２６の正面には電極２９，３０，３
１，３２，３３が配置され、互いに隣接する電極同士は
異極となる。本実施例では電極全体が振動部の長辺方向
に５分割されている。即ち、（５，１）次の高次モード
で振動子は振動する。また、電極２９は接続部２７を介
して、支持フレーム２４上に配置された電極３４に接続
され、さらにマウント部２５の電極端子３５に接続され
ている。これに対して、電極３０，３２は電極端子３６
に接続されており、２端子構造を成している。本実施例
でも振動部２６は、支持フレーム２４とマウント部２５
に２ヶ所の接続部２７，２８によって接続されているの
で、振動部２６の振動エネルギーがマウント部２５にま
で伝わない。即ち、振動エネルギーの損失を小さくする
ことができる。それ故、等価直列抵抗Ｒ１の小さい、Ｑ
値の高い高次（オーバートーン）ラーメモード水晶振動
子が得られる。
ド水晶振動子形状の正面図の他の実施例を示す。水晶振
動子２３は、振動部２６と、支持フレーム２４と、マウ
ント部２５と、接続部２７，２８とを具えるように構成
されている。振動部２６の正面には電極２９，３０，３
１，３２，３３が配置され、互いに隣接する電極同士は
異極となる。本実施例では電極全体が振動部の長辺方向
に５分割されている。即ち、（５，１）次の高次モード
で振動子は振動する。また、電極２９は接続部２７を介
して、支持フレーム２４上に配置された電極３４に接続
され、さらにマウント部２５の電極端子３５に接続され
ている。これに対して、電極３０，３２は電極端子３６
に接続されており、２端子構造を成している。本実施例
でも振動部２６は、支持フレーム２４とマウント部２５
に２ヶ所の接続部２７，２８によって接続されているの
で、振動部２６の振動エネルギーがマウント部２５にま
で伝わない。即ち、振動エネルギーの損失を小さくする
ことができる。それ故、等価直列抵抗Ｒ１の小さい、Ｑ
値の高い高次（オーバートーン）ラーメモード水晶振動
子が得られる。
【００１７】図１３は図１２の振動子２３の側面図であ
る。振動部２６には、一方の同極となる電極２９，３
１，３３，３８，４０が配置されるとともに、他方の同
極となる電極３０，３２，３７，３９，４１が配置され
ている。これらの電極はそれぞれ電極端子３５および４
２と電極端子３６とに接続されている。図１３には示さ
れていないが、これらの同極となる電極は振動部２６の
側面あるいは振動部の上下面を介して接続される。
る。振動部２６には、一方の同極となる電極２９，３
１，３３，３８，４０が配置されるとともに、他方の同
極となる電極３０，３２，３７，３９，４１が配置され
ている。これらの電極はそれぞれ電極端子３５および４
２と電極端子３６とに接続されている。図１３には示さ
れていないが、これらの同極となる電極は振動部２６の
側面あるいは振動部の上下面を介して接続される。
【００１８】また、本実施例では（５，１）次の高次モ
ード振動子について説明したが、長辺方向の電極を７，
９，１１・・・ｎの奇数に分割することにより（ｎ，
１）次の高次ラーメモード水晶振動子を実現できる。
ード振動子について説明したが、長辺方向の電極を７，
９，１１・・・ｎの奇数に分割することにより（ｎ，
１）次の高次ラーメモード水晶振動子を実現できる。
【００１９】（実施例４）
図１４は本発明の高次（オーバートーン）ラーメモード
水晶振動子形状の他の実施例の正面図を示す。水晶振動
子５９は、振動部４３と、支持フレーム４４，４５と、
マウント部４６と、接続部４７，４８とを具えるように
構成されている。振動部４３の正面側には電極４９、５
０、５１が配置されている。即ち、（３，１）次の高次
モードでこの振動子５９は振動する。電極４９と５１は
同極になるように接続され、更に、電極４９は接続部４
７を介し、支持フレーム４４に配置された電極５２に接
続され、その電極５２はマウント部４６の電極端子５４
に接続されている。一方、電極５０は支持フレーム４５
に配置された電極５３を介してマウント部４６上の電極
端子５５まで延在している。また、接続部４７，４８
は、振動部４３の高次モードの振動が反転する部分に接
続し、さらに、接続部４７は支持フレーム４４につなが
り、マウント部４６にその支持フレーム４４の端部は接
続される。また、接続部４８は支持フレーム４５に接続
し、その支持フレーム４５の端部はマウント部４６に接
続される。このように、接続部を高次モードの振動の反
転する振動部の部分に対称に設けるので、振動部の振動
エネルギー損失が小さくなる。その結果、等価直列抵抗
Ｒ１が小さくなる。
水晶振動子形状の他の実施例の正面図を示す。水晶振動
子５９は、振動部４３と、支持フレーム４４，４５と、
マウント部４６と、接続部４７，４８とを具えるように
構成されている。振動部４３の正面側には電極４９、５
０、５１が配置されている。即ち、（３，１）次の高次
モードでこの振動子５９は振動する。電極４９と５１は
同極になるように接続され、更に、電極４９は接続部４
７を介し、支持フレーム４４に配置された電極５２に接
続され、その電極５２はマウント部４６の電極端子５４
に接続されている。一方、電極５０は支持フレーム４５
に配置された電極５３を介してマウント部４６上の電極
端子５５まで延在している。また、接続部４７，４８
は、振動部４３の高次モードの振動が反転する部分に接
続し、さらに、接続部４７は支持フレーム４４につなが
り、マウント部４６にその支持フレーム４４の端部は接
続される。また、接続部４８は支持フレーム４５に接続
し、その支持フレーム４５の端部はマウント部４６に接
続される。このように、接続部を高次モードの振動の反
転する振動部の部分に対称に設けるので、振動部の振動
エネルギー損失が小さくなる。その結果、等価直列抵抗
Ｒ１が小さくなる。
【００２０】図１５は、図１４に示す振動子の右側面図
である。振動部４３には、一方の同極となる電極４９，
５１，５７と、他方の同極となる電極５０，５６，５８
が配置されている。
である。振動部４３には、一方の同極となる電極４９，
５１，５７と、他方の同極となる電極５０，５６，５８
が配置されている。
【００２１】図１６は、本発明の高次（オーバートー
ン）ラーメモード水晶振動子形状の他の実施例の正面図
を示す。振動部６１の電極配置は図１４と大略同じであ
るが、接続部６２，６３の位置が異なり、振動部６１の
振動が反転する下方部に接続部６２，６３は接続されて
いる。このような構成により、ラーメモード水晶振動子
６０は図１４の振動子と同じ効果を有する。本実施例で
は（３，１）次の高次ラーメモード水晶振動子での形状
について説明したが、電極分割数５，７，・・・ｎにつ
いても有効である。即ち、振動部の長辺方向の（ｎ−
１）／２（ｎ＝３，５，７・・・・）と（ｎ＋１）／２
の間に接続部が設けられる。このような構成は、５次以
上のラーメモード水晶振動子でも３次ラーメモード水晶
振動子と同様な効果を有する。
ン）ラーメモード水晶振動子形状の他の実施例の正面図
を示す。振動部６１の電極配置は図１４と大略同じであ
るが、接続部６２，６３の位置が異なり、振動部６１の
振動が反転する下方部に接続部６２，６３は接続されて
いる。このような構成により、ラーメモード水晶振動子
６０は図１４の振動子と同じ効果を有する。本実施例で
は（３，１）次の高次ラーメモード水晶振動子での形状
について説明したが、電極分割数５，７，・・・ｎにつ
いても有効である。即ち、振動部の長辺方向の（ｎ−
１）／２（ｎ＝３，５，７・・・・）と（ｎ＋１）／２
の間に接続部が設けられる。このような構成は、５次以
上のラーメモード水晶振動子でも３次ラーメモード水晶
振動子と同様な効果を有する。
【００２２】（実施例５）
図１７は本発明の高次（オーバートーン）ラーメモード
水晶振動子形状の他の実施例の正面図を示す。水晶振動
子６４は、振動部６７と、支持フレーム６５，６６と、
マウント部６８と、接続部６９，７０とを具えて成る。
振動部６７の正面には５分割された電極７１，７２，７
３，７４，７５が配置されていて、電極７２，７４は同
極で、マウント部６８に配置された電極端子７６に支持
フレーム６５を介して接続されている。又、電極７１，
７３，７５は同極で、マウント部６８の電極端子７７に
接続部７０と支持フレーム６６を介して接続されてい
る。図示されていないが、振動部６７の裏面にも５分割
された電極が配置され、正面の対抗電極とは異極となる
ように構成されている。本実施例では、接続部６９と７
０は、高次モードの振動が反転する、振動部６７の中央
の部分の対角部に接続される。このように構成すること
により、接続部が２ケ所であるので、振動部の振動エネ
ルギーを振動子内部に閉じ込めることができる。それ
故、等価直列抵抗Ｒ１の小さい、Ｑ値の高い高次ラーメ
モード水晶振動子が得られる。又、振動部の中央付近に
接続部が設けられるので、耐衝撃性に優れた水晶振動子
が実現できる。
水晶振動子形状の他の実施例の正面図を示す。水晶振動
子６４は、振動部６７と、支持フレーム６５，６６と、
マウント部６８と、接続部６９，７０とを具えて成る。
振動部６７の正面には５分割された電極７１，７２，７
３，７４，７５が配置されていて、電極７２，７４は同
極で、マウント部６８に配置された電極端子７６に支持
フレーム６５を介して接続されている。又、電極７１，
７３，７５は同極で、マウント部６８の電極端子７７に
接続部７０と支持フレーム６６を介して接続されてい
る。図示されていないが、振動部６７の裏面にも５分割
された電極が配置され、正面の対抗電極とは異極となる
ように構成されている。本実施例では、接続部６９と７
０は、高次モードの振動が反転する、振動部６７の中央
の部分の対角部に接続される。このように構成すること
により、接続部が２ケ所であるので、振動部の振動エネ
ルギーを振動子内部に閉じ込めることができる。それ
故、等価直列抵抗Ｒ１の小さい、Ｑ値の高い高次ラーメ
モード水晶振動子が得られる。又、振動部の中央付近に
接続部が設けられるので、耐衝撃性に優れた水晶振動子
が実現できる。
【００２３】（実施例６）
図１８は本発明の非対称ラーメモード水晶振動子形状の
一実施例の正面図を示す。今まで説明してきた図１０〜
図１７は対称モードの場合であるが、本実施例では非対
称モードの場合である。水晶振動子８３は、振動部７８
と、支持フレーム７９，８０と、マウント部８４と、接
続部８１，８２とを具えて成る。これらは一体に形成さ
れている。振動部７８には２分割された電極８５，８６
が配置されている。電極８５は、振動部８１と支持フレ
ーム７９を介してマウント部８４の電極端子８７に接続
されている。又、電極８６は、接続部８２と支持フレー
ム８０を介して電極端子８８に接続されている。即ち、
２端子構造８７，８８を形成する。今、両端子間に電圧
を印加すると、長辺方向の端部は同じ方向に変位し、短
辺方向の振動はそれと位相が１８０°異なるように振動
する。非対称モード振動子の場合、長辺方向に偶数個の
電極に分割される。本実施例では２電極分割の場合を示
し、接続部８１と８２は振動部７８の中央部の両側部に
接続することを示したが、電極分割数が４，６，８，・・
・と増えても接続部の位置は同じである。このような構
成により、耐衝撃性に優れ、等価直列抵抗Ｒ１の小さ
い、Ｑ値の高い振動子が得られる。
一実施例の正面図を示す。今まで説明してきた図１０〜
図１７は対称モードの場合であるが、本実施例では非対
称モードの場合である。水晶振動子８３は、振動部７８
と、支持フレーム７９，８０と、マウント部８４と、接
続部８１，８２とを具えて成る。これらは一体に形成さ
れている。振動部７８には２分割された電極８５，８６
が配置されている。電極８５は、振動部８１と支持フレ
ーム７９を介してマウント部８４の電極端子８７に接続
されている。又、電極８６は、接続部８２と支持フレー
ム８０を介して電極端子８８に接続されている。即ち、
２端子構造８７，８８を形成する。今、両端子間に電圧
を印加すると、長辺方向の端部は同じ方向に変位し、短
辺方向の振動はそれと位相が１８０°異なるように振動
する。非対称モード振動子の場合、長辺方向に偶数個の
電極に分割される。本実施例では２電極分割の場合を示
し、接続部８１と８２は振動部７８の中央部の両側部に
接続することを示したが、電極分割数が４，６，８，・・
・と増えても接続部の位置は同じである。このような構
成により、耐衝撃性に優れ、等価直列抵抗Ｒ１の小さ
い、Ｑ値の高い振動子が得られる。
【００２４】図１９は図１８の振動部７８の側面図であ
る。電極８５，８６の対抗面には電極８９，９０が配置
されている。対抗電極は異極となるように配置されてい
る。
る。電極８５，８６の対抗面には電極８９，９０が配置
されている。対抗電極は異極となるように配置されてい
る。
【００２５】今まで述べてきた水晶振動子は複雑な形状
をしているが、これらの加工は化学的エッチング法や機
械的加工法で容易に形成できる。又、本発明の新形状の
振動子は水晶について説明してきたが、他の材料、例え
ば、ランガサイトにも適用できる事は言うまでもない。
をしているが、これらの加工は化学的エッチング法や機
械的加工法で容易に形成できる。又、本発明の新形状の
振動子は水晶について説明してきたが、他の材料、例え
ば、ランガサイトにも適用できる事は言うまでもない。
【００２６】以上述べたように、上記カット角及び振動
子形状を有する本発明の実施例の高次ラーメモード水晶
振動子を提供することにより、次の著しい効果を有す
る。 （１）２次温度係数βが大略−１×１０−８／℃２とそ
の絶対値が非常に小さい。それ故、広い温度範囲に亘っ
て周波数変化の小さいラーメモード水晶振動子が得られ
る。 （２）振動部と支持フレームとを接続する接続部が２ケ
所であるので、振動部の振動エネルギー損失が小さくな
る。その結果、等価直列抵抗Ｒ１の小さい、Ｑ値の高い
ラーメモード水晶振動子が得られる。 （３）振動部と支持フレームとマウント部と接続部をエ
ッチング法によって一体に形成でき、小型で、量産性に
優れ、又、１枚の水晶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、安価な水晶振動子が実現でき
る。 （４）更に、本発明の水晶振動子はエッチング法で一体
に加工されるので、耐衝撃性に優れたラーメモード水晶
振動子が得られる。
子形状を有する本発明の実施例の高次ラーメモード水晶
振動子を提供することにより、次の著しい効果を有す
る。 （１）２次温度係数βが大略−１×１０−８／℃２とそ
の絶対値が非常に小さい。それ故、広い温度範囲に亘っ
て周波数変化の小さいラーメモード水晶振動子が得られ
る。 （２）振動部と支持フレームとを接続する接続部が２ケ
所であるので、振動部の振動エネルギー損失が小さくな
る。その結果、等価直列抵抗Ｒ１の小さい、Ｑ値の高い
ラーメモード水晶振動子が得られる。 （３）振動部と支持フレームとマウント部と接続部をエ
ッチング法によって一体に形成でき、小型で、量産性に
優れ、又、１枚の水晶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、安価な水晶振動子が実現でき
る。 （４）更に、本発明の水晶振動子はエッチング法で一体
に加工されるので、耐衝撃性に優れたラーメモード水晶
振動子が得られる。
【図１】 本発明のラーメモード水晶振動子を切り出す
ための水晶板とその座標系を示す説明図である。
ための水晶板とその座標系を示す説明図である。
【図２】 本発明のラーメモード水晶振動子の零温度係
数（１次温度係数αが零）を与えるカット角φｘとカッ
ト角θｘとの関係を示す関係線図である。
数（１次温度係数αが零）を与えるカット角φｘとカッ
ト角θｘとの関係を示す関係線図である。
【図３】 本発明のカット角θｘと２次温度係数βとの
関係を示す関係線図である。
関係を示す関係線図である。
【図４】 本発明のラーメモード水晶振動子の零温度係
数を与えるカット角φｘとカット角θｘとの他の関係を
示す関係線図である。
数を与えるカット角φｘとカット角θｘとの他の関係を
示す関係線図である。
【図５】 本発明のカット角θｘと２次温度係数βとの
関係を示す関係線図である。
関係を示す関係線図である。
【図６】 本発明のラーメモード水晶振動子の周波数温
度特性の一実施例を示す特性線図である。
度特性の一実施例を示す特性線図である。
【図７】 従来のラーメモード水晶振動子とその座標系
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図８】 従来の零温度係数を与えるラーメモード水晶
振動子のカット角φｙとカット角θｙとの関係を示す関
係線図ある。
振動子のカット角φｙとカット角θｙとの関係を示す関
係線図ある。
【図９】 従来のカット角θｙと２次温度係数βとの関
係を示す関係線図である。
係を示す関係線図である。
【図１０】 本発明の高次（オーバートーン）ラーメモ
ード水晶振動子形状の一実施例を示す正面図である。
ード水晶振動子形状の一実施例を示す正面図である。
【図１１】 図１０の振動子の右側面図である。
【図１２】 本発明の高次（オーバートーン）ラーメモ
ード水晶振動子形状の他の実施例を示す正面図である。
ード水晶振動子形状の他の実施例を示す正面図である。
【図１３】 図１２の振動子の右側面図である。
【図１４】 本発明の高次（オーバートーン）ラーメモ
ード水晶振動子形状の他の実施例を示す正面図である。
ード水晶振動子形状の他の実施例を示す正面図である。
【図１５】 図１４の振動子の振動部の右側面図であ
る。
る。
【図１６】 本発明のラーメモード水晶振動子形状の他
の実施例を示す正面図である。
の実施例を示す正面図である。
【図１７】 本発明の高次（オーバートーン）ラーメモ
ード水晶振動子形状の他の実施例を示す正面図である。
ード水晶振動子形状の他の実施例を示す正面図である。
【図１８】 本発明の非対称ラーメモード水晶振動子形
状の一実施例を示す正面図である。
状の一実施例を示す正面図である。
【図１９】 図１８の振動部の右側面図である。
【図２０】 従来の高次（オーバートーン）ラーメモー
ド水晶振動子形状を示す正面図である。
ド水晶振動子形状を示す正面図である。
Ｏ 座標の原点
ｘ，ｙ，ｚ 水晶の結晶構造の座標軸
ｘ′，ｙ′，ｚ′，ｚ″ 座標系回転後の座標軸（カッ
ト後の結晶軸） １，１００ 水晶板 ２，３，４，５，６，１０１，１０２，１０３ 極線 φｘ，θｘ，φｙ，θｙ 角度（カット角） β ２次温度係数 ７，２３，５９，６０，６４，８３，２００ 水晶振動
子 ８，２４，４４，４５，６５，６６，７９，８０，２０
１，２１３ 支持フレーム ９，２６，４３，６１，６７，７８，２０７ 振動部 １０，２５，４６，６８，８４，２０２ マウント部 １１，１２，２７，２８，４７，４８，６２，６３，６
９，７０，８１，８２，２０３，２０４，２０５，２０
６ 接続部 １３，１４，１５，１８，１９，２０，２１，２９，３
０，３１，３２，３３，３４，３７，３８，３９，４
０，４１，４９，５０，５１，５２，５３，５６，５
７，５８，７１，７２，７３，７４，７５，８５，８
６，８９，９０，２０８，２０９，２１０ 電極 １６，１７，２２，３５，３６，４２，５４，５５，７
６，７７，８７，８８，２１１，２１２ 電極端子
ト後の結晶軸） １，１００ 水晶板 ２，３，４，５，６，１０１，１０２，１０３ 極線 φｘ，θｘ，φｙ，θｙ 角度（カット角） β ２次温度係数 ７，２３，５９，６０，６４，８３，２００ 水晶振動
子 ８，２４，４４，４５，６５，６６，７９，８０，２０
１，２１３ 支持フレーム ９，２６，４３，６１，６７，７８，２０７ 振動部 １０，２５，４６，６８，８４，２０２ マウント部 １１，１２，２７，２８，４７，４８，６２，６３，６
９，７０，８１，８２，２０３，２０４，２０５，２０
６ 接続部 １３，１４，１５，１８，１９，２０，２１，２９，３
０，３１，３２，３３，３４，３７，３８，３９，４
０，４１，４９，５０，５１，５２，５３，５６，５
７，５８，７１，７２，７３，７４，７５，８５，８
６，８９，９０，２０８，２０９，２１０ 電極 １６，１７，２２，３５，３６，４２，５４，５５，７
６，７７，８７，８８，２１１，２１２ 電極端子
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平10−327038（ＪＰ，Ａ)
Ｋａｗａｓｈｉｍａ，Ｈ．； Ｋａｎ
ｉｅ，Ｈ．； Ｙａｍａｇａｔａ,
ｓ．，Ｑｕａｒｔｚ ｍｉｃｒｏｒｅｓ
ｏｎａｔｏｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｓｅｎｓｏｒｓ ｕｓｉｎｇ Ｌａｍ
ｅ−ｍｏｄｅ，ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎ
ａｔｉｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕ
ｍ．，米国，ＩＥＥＥ，1999年，Ｖｏｌ
ｕｍｅ： ２，ｐ．1049 −1053
Ｋａｗａｓｈｉｍａ，Ｈ．； Ｍａｔ
ｓｕｙａｍａ，Ｍ．； Ｓｕｎａｇａ,
Ｋ．，Ｌａｍｅ−ｍｏｄｅ ｑｕａｒｔ
ｚ ｃｒｙｓｔａｌ ｒｅｓｏｎａｔｏ
ｒｓ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ
ｔｈｅ 1996 ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎ
ａｔｉｏｎａｌ，米国，ＩＥＥＥ，1996
年，Ｐ．416 −421
川島宏文 松山 勝，２軸回転ラーメ
モード圧電振動子のエネルギー法による
解析，電子情報通信学会論文誌，日本,
電子情報通信学会，1996年，Ｖｏｌ．Ｊ
79−Ａ Ｎｏ．６，ｐ．1157−1164
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H03H 9/00 - 9/215
Claims (2)
- 【請求項１】 ２つの振動が異位相で生じるラーメモー
ド水晶振動子において、前記振動子はＸ板水晶をｙ軸を
回転軸として３６．５°〜４７°回転させ、更に、ｘ軸
の新軸であるｘ′軸を回転軸として６５°〜８５°回転
させた向きにカットした水晶板から形成されている事を
特徴とするラーメモード水晶振動子。 - 【請求項２】 ２つの振動が異位相で生じるラーメモー
ド水晶振動子において、前記振動子はＸ板水晶をｙ軸を
回転軸として１３３°〜１４３．５°回転させ、更に、
ｘ軸の新軸であるｘ′軸を回転軸として５°〜２５°回
転させた向きにカットした水晶板から形成されている事
を特徴とするラーメモード水晶振動子。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000351384A JP3373840B2 (ja) | 2000-11-17 | 2000-11-17 | ラーメモード水晶振動子 |
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
| JP2000351384A Expired - Fee Related JP3373840B2 (ja) | 2000-11-17 | 2000-11-17 | ラーメモード水晶振動子 |
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| JP4600692B2 (ja) * | 2007-12-28 | 2010-12-15 | エプソントヨコム株式会社 | 水晶振動片、水晶デバイス、および水晶振動片の製造方法 |
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