JPH02112309A - 矩形状ａｔカット水晶振動子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上のＩＩＩ用分野］ 本発明は、主としてＩＩＩ報通信機器に使用される４、
９１５２ＭＨｚ　（以下単に４．９ＭＨｚと略す）のＡ
Ｔカット水晶振動子に関するもので、特に小型化の要請
に応えた形状として矩形状に特徴を有するものである。

［発明の概要］ 本発明は、小型化の要請に応え、その収容器として、直
径的３ｍｍ、全長駒９ｍｍのチューブ型収容器に収容さ
れる矩形状４．９ＭＨｚＡＴカット水晶振動子に関する
もので、その長さ寸法、幅寸法、及びカット角を数値限
定する事によって、等価直列抵抗の低減及び、高安定温
度特性を実現させたものである。

［従来の技術〕 近年、主に情報関連機器に使用される４、９ＭＨｚＡＴ
カット水晶振動子に対して、小型化及び、高安定温度特
性が、要求されている。この要求に対して、従来の円板
形のＡＴカット水晶振動子にかわって、矩形状のＡＴカ
ット水晶振動子が、提案されている。この矩形状ＡＴカ
ット水晶振動子は、小型化の要求にこたえて、従来の楕
円形に代わりチューブ型の収容器に収容されている。第
１図は、この矩形状ＡＴＴカツト晶振動子を示している
。同図は、チューブ型収容器の中心部の断面図である。

ｌは、水晶振動子片である。

２は、マラント部である。さらに３は、支持部材であり
、電気リードの役目も持っている。４，５は、それぞれ
、プラグ、外部リード線である。また６は、ケースであ
る。このチューブ型収容器の直径φは、約３ｍｍであり
、また全長しは、約９ｍｍである。この形状は、収容器
の小型化の要求にこたえたものであり、もっとも−Ｉｌ
量的で、がっ、最も汎用性が高い形状である。

［発明が解決しようとする課題］ 第２図は、通常の矩形状ＡＴＴカツト晶振動子片の形状
を示している。７は、長さ２寸法であり、この寸法方向
は、水晶結晶のχ軸方向と同方向にある。８は、幅０寸
法である。９は、厚味を寸法である。また、通常の矩形
状ＡＴＴカツト晶振動子片（以下、単にＡＴカット片と
略す）においては、支持によるエネルギー損失を抑制す
る為に、ＡＴカット片片面面、１０の様にバレル加工さ
れている。この時、この矩形状ＡＴＴカツト晶振動子、
（以下、単にＡＴＴカツト略す）の周波Ｅｌ　ｆは、近
似的に、以下の式で与λられる。

ｆ（ＫＨｚ）１６７０［ＫＨｚ、ｍｍｌ／ｌ（ｍ／ｍ）
　・・・（１）すなわち、周波数ｆは厚味ｔに反比例す
る事になる。このＡＴＴカツト振動は、厚味すべり振動
と呼ばれる固有振動である。ところが、通常、ＡＴＴカ
ツトおいては、厚味すべり振動以外の不要な固有振動が
、多数存在している。この不要固有振動は、スプリアス
振動と呼ばれている。このスプリアス振動に対して、使
用すべき厚味すべり振動を主振動と呼んでいる。このス
プリアス振動と主振動の振動数が、はぼ一致してしまう
時、ＡＴＴカツト温度特性及び、等価直列抵抗等の電気
的特性が、大きく劣化してしまう。スプリアス振動は、
２種類に大別されている。すなわち、Ｉ２．寸法のみに
依存するスプリアス振動と０寸法のみに依存するスプリ
アス振動の２　ｆｆｆｌである。これらのスプリアス振
動と主振動をできるだけ、大きく分離させる事が、カッ
ト角の決定と共に設計上の大きなポイントである。とこ
ろが、４．９ＭＨｚＡＴカット水晶振動子においては、
この２種のスプリアス振動と主振動の分離条件が、把握
されておらず、等価直列抵抗が非常に大きいという問題
があった。　すなわち、水晶振動子片のｉ、０寸法の最
適値が、十分に把握されていなかったのである。ちなみ
に、現在、数多く生産されている矩形状ＡＴＴカツト晶
振動子の周波数としては、４１９ＭＨｚがある。この周
波数における２）０寸法の値は、以下の通りである。

ｇ：６．９ｍ／ｍ　、　ω＊　１．６ｍ／ｍまた、厚味
を寸法は、約０．４ｍ／＋ｎとなるので、辺比Ｑ／ｌ、
　ω／ｌは、 ω／ｌ〒１７２５ ｆｆ／ｌ÷４０　　・・・　（２） となる、上記１辺比ｆｆ／ｌ、ω／ｌの値においては、
スプリアス振動と主振動は、太き（分離されている事は
、言うまでもない。この時、（２）で与えられた、辺比
を用いて、４．９ＭＨｚにおけるω、２を計算すると、
まず厚味を寸法は（１）式より、 ｔｆｍ／ｍ１＝１６７０［ＫＨｚ、ｍｍｌ／４９００Ｈ
ｚ：　０．３４ｍ／ｍとなる。よって、（２）と上記の
値をつかって２）ωは。

β＝１７．２５ＸＯ，３４÷５．９ｍ／ｍω＝４．ｏｘ
ｏ、３４＝１．３６ｍ／ｍ・・・　（３） となる。スプリアス振動と主振動が分離されるｅ、０寸
法は、（３）で与える事が、できるねしづであるが、第
１図にて示した実装構造を実現する為には、２，０寸法
が、小さすぎてしまい、支持による。エネルギー損失が
抑制できず、等価抵抗値が、急上昇してしまうという大
きな問題がある。その為に、（３）の寸法では、不十分
であった。２．０寸法が、大きいほど、支持によるエネ
ルギー損失が低減され、等価抵抗値が小さくなる。よっ
て、（３）の寸法値よりも大きな寸法値を把握する必要
が、あったのである。

さらに、前述してきたスプリアス振動は、周波数−温度
時ｉ生（以下、温特と略す）にも大きな影響を与えてお
り、良好な、温特も得られなかったのである。第３図は
、ＡＴカット片のカット角の方位を示す斜視図である。

１は、ＡＴカット片である。カット角は、図中のＡＴカ
ット片１を、χ軸を１回転中心として、反時計回りに回
転させた時の角度として定義される。すなわち、図中の
角度θである。スプリアス振動と主振動の分離の度合及
びカット角θで、ＡＴカット片の温度特性が、決定され
る。しかし、４．９ＭＨｚのＡＴカット片においては、
前述の様に、２．０寸法が、未決定である為に、カット
角θも限定できていないという問題もあったわけである
。本発明の解決すべき点とは、スプリアス振動を除去し
１等価直列抵抗を低減させ、良好な温特を得る事である
。すなわち、最適なｅ、０寸法の限定及び、最適なカッ
ト角の限度である。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、実験的手段によって、主振動とスプリアス振
動の周波数の定量的数値関係を明確化し、その結果に基
づいて、Ｃ１０寸法の数値限定及び、カット角の数値限
定を行ない、４．９ＭＨｚＡＴカットの等価抵抗値の向
上及び、高安定温度特性を実理しようとするものである
。

第４図は、２寸法に依存するスプリアス振動と主振動の
関係をプロットした特性図である。同図の縦軸、横軸は
、それぞれ、周波数、２寸法である。このグラフを得る
為に使用した試料の０寸法は、（３）に示した、１．３
６ｍ／ｍであり、０寸法に依存するスプリアス振動は、
主振近傍には。

存在していない。もちろん、ω＝１．３６ｍ／ｍという
、寸法値では、＠述の様に、支持による振動損失が大き
く１等価抵抗値が、大きく劣化してしまい、実用的でな
い。図中の・印は、スプリアス振動をあられし、・印は
、主振動である。第４図において、８種類のスプリアス
振動が存在する事がわかる。すなわち、ｆ２＝６．２ｍ
／ｍ〜７．３１０／１１の範囲内で、３１〜Ｓ８の８種
である。また、図中の領域Ｂ、、Ｂ、、Ｂ、においでは
、主振動が、大きく変化している事もわかる。これら３
領域（Ｂ、〜、領領域においては、主振動とスプリアス
振動が、強く結合している。すなわち、両振動が、はぼ
一致している状態を示しておりこの領域においては１等
価直列抵抗等の電気的特性が、大きく劣化している。そ
れに対して、領域Ａ＋、Ａｘにおいては、主振動の変化
は、少ない。つまり、この領域においては、スプリアス
振動と結合していない。スプリアス振動と主振動が、十
分分離されているのである。すなわち、領域Ａ＋、Ａ２
に対応する。Ｃ寸法範囲が、好ましい寸法なのである。

ここで第１図の実装構造を考慮すると、ＡＴカット片の
尼寸法の限界値は、約７．０ｍ／ｍである。また、支持
によるエネルギー損失の低減を考慮すると、ρ寸法は、
できるだけ大きい方が望ましい。これら２つの制約条件
から、領域ＡＩに対応するε寸法範囲が、最も望ましい
ことが判明した。ここで、領域Ａ、に対応する２寸法範
囲は Ｒ＝６．８５〜７．００ｍｍ　　　　・・・　（４）で
ある。

第５図は、０寸法に依存するスプリアス振動と主振動の
関係を示す特性図である。同図の縦軸、横軸は、それぞ
れ、周波数、０寸法である。このグラフを得る為に使用
した試枳の氾寸法は、第４図で得られた、最適寸法範囲
内にある９図中の・印は、スプリアス振動であり、・Ｅ
ｌｌは、主振動、Δ印は、厚味副振動である。図中にお
いて、６ｆ重類のスプリアス振動がある事がわかる６す
なわち、ω＝１．８Ｏｎ＋／ｍから１．９６ｍ／Ｗｌの
範囲内でＳ１〜Ｓ６の６種である。また図中の領域Ｂ１
．Ｂ２においては、主振動が、大きく変化している事も
わかる。この領域は、第４図でＢ〜Ｂ、領域と同様に、
スプリアス振動と主振動が１強く結合している領域であ
る。それに対して、領域Ａは、主振動の変化が、小さく
なり、この領域Ａが、求めるべき、０寸法の最適値であ
り、ω寸法依存のスプリアス振動と主振動が、十分、分
離されている０寸法範囲である事が、判明した。領域Ａ
に対応する、０寸法範囲は、ω＝１．８５〜１．９１ｍ
ｍ　　　　・・・　（５）である。

この様に、４．９ＭＨｚにおける２）０寸法の最ａ（直
は、 ｇ＝６．８５〜７．００ｍｍ かつ（Ｊ＝１．８５〜１．９１ｍｍ・・・　（６）であ
る事が、判明したのである。

第６図は、（６）で得られた、寸法値を持つ４．９ＭＨ
ｚＡＴカット水晶片の一次温度係数αと第３図で示した
、カット角θとの関係を、ここで、ＡＴカット片の、温
特は、次式で、定義される。

△ｆ／ｆ・α　　ｆＴ−２５１＋β　ｆＴ−２５１”十
γ　（Ｔ−２５１”・・　（７） ここで、△ｆ／ｆは、２５°Ｃを基’Ａ　ｒＦＡ度とし
た時の任意の温度Ｔでの周波数偏差である。また、ａ、
β、γは、それぞれ、−次、二次、三次温度係数である
。良好なｃ温度特性では、（７）のａが、はぼＯになる
事が、必要である。この実験に用いた試料の４．０寸法
は、 ｆｆ＝６．９２ｍ＋＋＋、ω＝１．８８ｍｍである０図
中のＰ、、Ｐ、、Ｐ３は、各カット角に対する一次温度
係散αの値である。同図の縦軸は、−次温度係散αであ
り、横軸は、カラミ−角Ｏである６図中のＰ。点で、は
ぼα＝０となる。すなわち、 θ＝３４”　５５ で、良好な、温特が得られると判明した。また、図中の
２０点は、ｅ、０寸法によってわずかに変化する事も判
明した６そのＰ。点の存在範囲は（６）の最適寸法範囲
内で θ＝３４°４５°〜３５°０５°　　・・　（７）であ
る事が１判明した。すなわち、最適カット角は、（７）
で定義される角度範囲である事が判明した。

〔作用１ 本発明は、直径３ｍｍ、長さ９ｍｍのチューブ型収容器
用の矩形状４．９ＭＨｚＡＴカット・振動子において、
その２，０寸法を、 ε＝６．８５〜７．００ｍｍ ω＝１．８５〜１．９１ｍｍ に限定する事によって、スプリアス振動の分離、および
、支持によるエネルギー損失の低減を計り、その結果と
して、良好な電気的特性が、得られる。また、上記１寸
法範囲内において、カット角θを、 θ＝３４°４５〜３５°０５ に限定する事によって、良好な温特が得られる。

［実施例］ 第７図は１本発明の数値を適用した結果得られた振動子
の等価直列抵抗の値を計測した特性図である。Ａは、（
６）にしたがって、ε、ω寸ｌ去を限定した。実施例で
ある。Ｂは、実施前のデータである。Ｂにおいては、ｅ
、０寸法が、限定されておらず、スプリアス振動の影響
によって、等価直列抵抗は６０Ωから２２０Ωとなって
おり、大きく劣化している。それに対して、Ａは、寸法
限定によって、１０Ωから８０Ωとなっており、Ｂに比
較して、大幅に低減されている。

第８図は、（７）にしたがってカント角を限定した温特
の実施例である。縦軸は１周波数偏差であり、横軸は、
温度Ｔである。周波数偏差△ｆ／ｆは、２５℃を基準に
したものである２図をみれば、わかるとおり、カット角
の限定によって、−３０℃から＋７０°Ｃの広いＬＨ度
範囲において、約±１０ｐｐｍという、非常に良好な周
波数−イ品度特性が得られるのである。

［発明の効果］ 以上に述べた様に、本発明は、直径３ｍｍ、長さ９ｍｍ
のチューブ型収容器用の矩形状４．９ＭＨｚＡＴ力・ン
ト水晶振動子において、ｅ、０寸法をｆｆ＝６．８５〜
７．００ｍｍ かつω＝１．８５〜１．９１ｍｍ の範囲に限定する事によって、等価直列抵抗特［生を著
しく向上させる事ができる。また上記、限定寸法範囲内
において、カット角θが θ＝３４”　４５’〜３５６０５ の範囲内に限定される事によって、周波数−温度特性を
著しく向上させる事もできる。

本発明により、中心周波数として４．９１５２ＭＨｚを
使用する通信機等は小型で安価で安定な性能を発揮でき
るものであり、本発明による振動子の共振周波数の許容
誤差のｉ囲は±０．１ＭＨｚの幅が適用できるものであ
る６

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明【こ適応されるチューブ型収容器の断
面図６ 第２図は１本発明に適応されるＡＴカット水晶振動子の
基本形状 第３図は、本発明に適応されるＡＴカット片のカットの
方位を示す斜視図。 第４図は、Ｃ寸法変化に対する主振、スプリアスの特性
図。 第５図は、ω寸法変化に対する主振、又ブリア■・・　
水晶振動子片 ２・・・マウント部 ６　・　ケース 氾・・・長さ寸法（Ｘ軸方向） ω・・・幅寸法 ｔ・・・厚み寸法 θ・・・角度 出願人　セイコー電子部品株式会社 代理人　弁理士　　林　　　敬　之　助示す特性図。 第２図は、本発明の実施における周波数−温度特性を示
す特性図。 本完Ｂへのイ永うど面？ 第　１　図 ↑（ＭＨｚ） ＡＴカ・ソト木晶ヰの方４■ホ↑り叫坪屯２第　３　図 双形ＡＴ刀／ト水晶課動チ片の＃＋視ａ躬　２　口 スプ＋１７ス謙ｔｌｌｌ］ｌ１ｒｌ竹性図第　４　図 寸 へ ○ ＼１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）長辺がｌ、短辺がω、厚味がｔであり、かつ、ｘ
   軸方向がｌである、矩形状ＡＴカット水晶振動子におい
   て、前記ｌ寸法が６．８５〜７．００ｍｍであり、前記
   ω寸法が１．８５〜１．９１ｍ／ｍであり、かつその共
   振周波数が４．９１５２±０．１ＭＨｚであることを特
   徴とする矩形状ＡＴカット水晶振動子。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、そのカット角が
   、ｘ軸を回転中心として、反時計回りに、３４°４５′
   から３５°０５′の範囲にある事を特徴とする矩形状Ａ
   Ｔカット水晶振動子。