JPH0232807B2 - - Google Patents
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- JPH0232807B2 JPH0232807B2 JP54115094A JP11509479A JPH0232807B2 JP H0232807 B2 JPH0232807 B2 JP H0232807B2 JP 54115094 A JP54115094 A JP 54115094A JP 11509479 A JP11509479 A JP 11509479A JP H0232807 B2 JPH0232807 B2 JP H0232807B2
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- plate
- crystal
- along
- piezoelectric resonator
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
- H03H9/02015—Characteristics of piezoelectric layers, e.g. cutting angles
- H03H9/02023—Characteristics of piezoelectric layers, e.g. cutting angles consisting of quartz
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
- H03H9/02157—Dimensional parameters, e.g. ratio between two dimension parameters, length, width or thickness
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/05—Holders; Supports
- H03H9/0595—Holders; Supports the holder support and resonator being formed in one body
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
- H03H9/19—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator consisting of quartz
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は軸X′に沿つた長さｌ、軸Y′に沿つた
幅ｗおよび軸Z′に沿つた厚さｔを有する方形の薄
いプレート状をなし、輪郭モードで振動する少な
くとも１個の水晶結晶体からなる圧電共振子に関
する。
幅ｗおよび軸Z′に沿つた厚さｔを有する方形の薄
いプレート状をなし、輪郭モードで振動する少な
くとも１個の水晶結晶体からなる圧電共振子に関
する。
このような圧電共振子は特に腕時計に好適なも
のである。
のである。
輪郭モード共振子はプレートの面内でずれるよ
うになつた薄いプレートの形で実現される。
うになつた薄いプレートの形で実現される。
このプレートの厚さは、計算上厚さ０とみなさ
れることにより得られた共振子の特性を変えない
ように、十分に薄くなつているべきである。
れることにより得られた共振子の特性を変えない
ように、十分に薄くなつているべきである。
一般的な形状は方形であつて４つの幾何的パラ
メータをもつ。すなわちプレートに直角の方向を
限定する２つのカツト角と、プレートの面内での
方形の正の向きを限定する１つのカツト角と、方
形の辺間の寸法比とである。
メータをもつ。すなわちプレートに直角の方向を
限定する２つのカツト角と、プレートの面内での
方形の正の向きを限定する１つのカツト角と、方
形の辺間の寸法比とである。
実用的な共振子については使用時平均温度、例
えば腕時計にあつては28℃において、１次温度係
数が０に近い（例えば±１×10-6／℃）ことが必
要である。なお、使用時平均温度は適用分野が異
なれば異なることはいうまでもない。
えば腕時計にあつては28℃において、１次温度係
数が０に近い（例えば±１×10-6／℃）ことが必
要である。なお、使用時平均温度は適用分野が異
なれば異なることはいうまでもない。
市販の水晶結晶体は種々のカツト態様をもつて
おり、中でも最も好ましい熱特性を与えるのは
GTカツトである。ここで述べるのは方形プレー
トであつて、その寸法比は0.86であり、結晶の電
気軸Ｘのまわりの回転およびそれに続く直径の方
向のまわりでの±45゜の回転により得られるもの
である。GTカツトの共振子は輪郭モードで発振
し、詳細には幅方向の伸張モードで振動する。第
１次および第２次の周波数温度係数は０であり、
第３次の温度係数は非常に小さい。このカツトの
欠点は共振子の熱特性がプレートの寸法比に対し
て厳密な依存性を有するということである。
おり、中でも最も好ましい熱特性を与えるのは
GTカツトである。ここで述べるのは方形プレー
トであつて、その寸法比は0.86であり、結晶の電
気軸Ｘのまわりの回転およびそれに続く直径の方
向のまわりでの±45゜の回転により得られるもの
である。GTカツトの共振子は輪郭モードで発振
し、詳細には幅方向の伸張モードで振動する。第
１次および第２次の周波数温度係数は０であり、
第３次の温度係数は非常に小さい。このカツトの
欠点は共振子の熱特性がプレートの寸法比に対し
て厳密な依存性を有するということである。
例えばGTカツトの水晶体については第１次温
度係数αは±0.1×10-6／℃であり、第２次温度
係数βは±１×10-6／℃2であり、第３次温度係
数γは30×10-12／℃3より小さい。
度係数αは±0.1×10-6／℃であり、第２次温度
係数βは±１×10-6／℃2であり、第３次温度係
数γは30×10-12／℃3より小さい。
しかしながら、寸法比の相対変化△（w/l）／
ｗ／１が１％とすると、１次温度係数の変化は2.5
×10-6／℃である。従つてGTカツトの水晶結晶
体の温度係数は非然的に共振子の設置後に調整し
なければならない。
ｗ／１が１％とすると、１次温度係数の変化は2.5
×10-6／℃である。従つてGTカツトの水晶結晶
体の温度係数は非然的に共振子の設置後に調整し
なければならない。
他の周知のカツトはDTカツトであり、これは
電気軸Ｘのまわりの回転により得られ、面すべり
（face−shear）モードで振動するほゞ正方形のプ
レートからなる。この面すべりモードは輪郭モー
ドの一形態である。DTカツトの共振子はGTカ
ツトのものと比較して寸法比の変化に対する感度
が非常に小さいという利点を有する。しかしなが
らその熱特性は満足なものではない。例えば、１
次温度係αは０であり、２次温度係数βは−（15
〜20）×10-9／℃2であり、３次温度係数γはほゞ
45×10-12／℃3である。
電気軸Ｘのまわりの回転により得られ、面すべり
（face−shear）モードで振動するほゞ正方形のプ
レートからなる。この面すべりモードは輪郭モー
ドの一形態である。DTカツトの共振子はGTカ
ツトのものと比較して寸法比の変化に対する感度
が非常に小さいという利点を有する。しかしなが
らその熱特性は満足なものではない。例えば、１
次温度係αは０であり、２次温度係数βは−（15
〜20）×10-9／℃2であり、３次温度係数γはほゞ
45×10-12／℃3である。
ATカツトの水晶体も周知であり、これは結晶
の電気軸Ｘのまわりの回転により得られるプレー
ト形のものである。この水晶体に関するデータは
「ヒズマジエステイズステーシヨナリオフイス
（His Majesty's Stationary Office）」編（ロン
ドン、1950）、ピエールビゴロ（Pierre
Vigoureux）著、「水晶振動体およびその応用
（Quartz Vibrators and their application）」 に詳細に示されている。4MHzで振動する２種類
のATカツト水晶結晶体が現在市販されている。
これらの一つはニホンデンパ社のものであり、そ
の25℃における熱特性は次の通りである。
の電気軸Ｘのまわりの回転により得られるプレー
ト形のものである。この水晶体に関するデータは
「ヒズマジエステイズステーシヨナリオフイス
（His Majesty's Stationary Office）」編（ロン
ドン、1950）、ピエールビゴロ（Pierre
Vigoureux）著、「水晶振動体およびその応用
（Quartz Vibrators and their application）」 に詳細に示されている。4MHzで振動する２種類
のATカツト水晶結晶体が現在市販されている。
これらの一つはニホンデンパ社のものであり、そ
の25℃における熱特性は次の通りである。
１次温度係数α＝±0.1×10-6／℃
２次温度係数β＝±（４±１）×10-9／℃2
３次温度係数γ＝95×10-12／℃3
他の一つはSSIH、すなわちスイス時計工業組
合（Societe Suisse pour l' Indusrie
Horloger）のものであり、その25℃における熱
特性は次の通りである。
合（Societe Suisse pour l' Indusrie
Horloger）のものであり、その25℃における熱
特性は次の通りである。
１次温度係数α＝±0.1×10-6／℃
２次温度係数β＝−（11±１）×10-9／℃2
３次温度係数γ＝90×10-12／℃3
GTカツトのものについての熱特性と同様に
ATカツトの水晶はほゞ同じ寸法について４倍高
い周波数を有する。他方、１次温度係数はカツト
角の値の差に対してより多く影響され、例えば1゜
に等しい角度ψの変化△ψについては１次の温度
係数のそれに対応する変化△αは4.7×10-6／℃
である。更にニホンデンパのATカツト水晶の形
状は複雑であり、バーの各端部にベベルを設けか
つ横面の傾斜を有する。これにより加工完了後に
個々の金属化を行なわねればならない。SSIHの
AT水晶体は約11mmとかなり長い。
ATカツトの水晶はほゞ同じ寸法について４倍高
い周波数を有する。他方、１次温度係数はカツト
角の値の差に対してより多く影響され、例えば1゜
に等しい角度ψの変化△ψについては１次の温度
係数のそれに対応する変化△αは4.7×10-6／℃
である。更にニホンデンパのATカツト水晶の形
状は複雑であり、バーの各端部にベベルを設けか
つ横面の傾斜を有する。これにより加工完了後に
個々の金属化を行なわねればならない。SSIHの
AT水晶体は約11mmとかなり長い。
本発明の目的は上記した従来の水晶体の欠点を
解決し次の条件を満足するような前述した形式の
共振子を提供することである。
解決し次の条件を満足するような前述した形式の
共振子を提供することである。
(イ) １次温度係数αが０。これはカツト角により
決まり結晶プレートの寸法比によつて厳密に決
まりものではない。
決まり結晶プレートの寸法比によつて厳密に決
まりものではない。
(ロ) 高次の温度係数が出来るだけ小さく、特に２
次温度係数βの打消の可能性をもつ。
次温度係数βの打消の可能性をもつ。
(ハ) 充分な圧電カツプリングおよび許容出来るイ
ンピーダンスレベルを保証する極めて高モーシ
ヨナルな容量C1。
ンピーダンスレベルを保証する極めて高モーシ
ヨナルな容量C1。
(ニ) 次の条件を満たすために十分小さい他のモー
ドについての圧電カツプリング。
ドについての圧電カツプリング。
QC1／ω｜最適モード＞｜QC1／ω他のモード
但しＱは品質フアクタである。この条件は最
適モードのみが発振器により励起されるように
する。
適モードのみが発振器により励起されるように
する。
(ホ) 単結晶回転により得られる基板の使用。その
１次温度係数αに対する影響は大であつてはな
らず、例えば５×10-6／℃／角度より小である
べきである。
１次温度係数αに対する影響は大であつてはな
らず、例えば５×10-6／℃／角度より小である
べきである。
(ヘ) プレートに直角の方向のまわりになされる第
２の回転は厳密なものでなく±5′程度の許容差
が許容出来るべき。
２の回転は厳密なものでなく±5′程度の許容差
が許容出来るべき。
本発明による共振子はプレートの主面に直角の
軸Z′が結晶の電気軸Ｘと光学軸Ｚでつくられる面
内にあつて軸Ｚに対して25゜＜＜36゜のような角
度ψを形成し、軸Y′が結晶の機械軸Ｙに対して
10゜＜θ＜30゜のような角度θをなすことを特徴と
する。
軸Z′が結晶の電気軸Ｘと光学軸Ｚでつくられる面
内にあつて軸Ｚに対して25゜＜＜36゜のような角
度ψを形成し、軸Y′が結晶の機械軸Ｙに対して
10゜＜θ＜30゜のような角度θをなすことを特徴と
する。
第１図を参照すると、以下でZTカツトプレー
トと呼ぶプレートは基板のＺセクシヨン、すなわ
ち直角方向に水晶結晶体の光学軸Ｚを有するプレ
ート、から得られる。この結晶体の機械軸を表わ
す軸Ｙのまわりでの角度の第１回転により光学
軸ＺはZ′に、電気軸ＸはX1になる。軸Z′のまわり
での角度θの第２の回転により軸X1はX′に軸Ｙ
はY′になる。主方向X′，Y′，Z′は夫々Ｎカツト
プレートの長さｌ、幅ｗおよび厚さｔに対応する
IRE標準によればそのようなカツトは（ｚ，ｘ，
ｗ，ｔ）ψ，θと記される。これは次のように解
釈される。
トと呼ぶプレートは基板のＺセクシヨン、すなわ
ち直角方向に水晶結晶体の光学軸Ｚを有するプレ
ート、から得られる。この結晶体の機械軸を表わ
す軸Ｙのまわりでの角度の第１回転により光学
軸ＺはZ′に、電気軸ＸはX1になる。軸Z′のまわり
での角度θの第２の回転により軸X1はX′に軸Ｙ
はY′になる。主方向X′，Y′，Z′は夫々Ｎカツト
プレートの長さｌ、幅ｗおよび厚さｔに対応する
IRE標準によればそのようなカツトは（ｚ，ｘ，
ｗ，ｔ）ψ，θと記される。これは次のように解
釈される。
ｚ：初期プレート（Ｚカツトの基板）の厚さの方
向 ｘ：初期プレートの大寸法の方向 ｗ：角度ψの第１回転が初期プレートの幅に関す
る軸のまわりで行われることを示す。
向 ｘ：初期プレートの大寸法の方向 ｗ：角度ψの第１回転が初期プレートの幅に関す
る軸のまわりで行われることを示す。
ｔ：角度θの第２回転が最終プレート（主面の表
面に直角）の厚さ方向のまわりで行われること
を示す。
面に直角）の厚さ方向のまわりで行われること
を示す。
第２図は一次温度係数αが０である場合におけ
るカツト角およびθの組の値をプロツトしたも
のである。この曲線はα＝０であること、結晶は
輪郭モードに振動すべきこと、αは寸法比ｗ／ｌ
の変化に感応しないことを条件として数値計算に
より求められたものである。
るカツト角およびθの組の値をプロツトしたも
のである。この曲線はα＝０であること、結晶は
輪郭モードに振動すべきこと、αは寸法比ｗ／ｌ
の変化に感応しないことを条件として数値計算に
より求められたものである。
なお、共振子のパラメータの挙動およびパラメ
ータ間の相互関係を解析的に正確に表現する数学
的な公式はない。パラメータ変化に対する共振子
の依存性について正しい知識を得るための現存す
る手段の１つは数値的アプローチである。
ータ間の相互関係を解析的に正確に表現する数学
的な公式はない。パラメータ変化に対する共振子
の依存性について正しい知識を得るための現存す
る手段の１つは数値的アプローチである。
この、数値的アプローチはR.HollandおよびE.
P.EerNisse著「共振ピエゾ電気素子の設計」M.
I.T.出版社、1969に記載されているよう、変動弾
性理論のような数学的理論に基づいている。この
数値的アプローチにおいては一つのパラメータの
変化の影響は与えられた共振子について点ごとに
計算され、その結果特性曲線が得られる。本発明
の実施例におけるすべての結果は変動弾性理論に
基づく数値的アプローチにより得られた。
P.EerNisse著「共振ピエゾ電気素子の設計」M.
I.T.出版社、1969に記載されているよう、変動弾
性理論のような数学的理論に基づいている。この
数値的アプローチにおいては一つのパラメータの
変化の影響は与えられた共振子について点ごとに
計算され、その結果特性曲線が得られる。本発明
の実施例におけるすべての結果は変動弾性理論に
基づく数値的アプローチにより得られた。
上述した方法による計算で得られた第２図の曲
線は、与えられた平均使用温度において、ある方
向の伸長振動モード、すなわち変位成分および伝
播ベクトルの方向が板の面内にあつて互いに平行
であるモード、をその直角方向の伸長モードと結
合させるのに重要な、弾性係数を０にするような
カツト角度の値を示す。もし、この係数が０であ
るならば、共振子の一般的な特性はｗ／ｌが変化
しても変わらない。さらに、この曲線上の点に対
する第１次温度係数αは０またはほぼ０であり、
これはαがｗ／ｌに対して不感性であることを示
している。
線は、与えられた平均使用温度において、ある方
向の伸長振動モード、すなわち変位成分および伝
播ベクトルの方向が板の面内にあつて互いに平行
であるモード、をその直角方向の伸長モードと結
合させるのに重要な、弾性係数を０にするような
カツト角度の値を示す。もし、この係数が０であ
るならば、共振子の一般的な特性はｗ／ｌが変化
しても変わらない。さらに、この曲線上の点に対
する第１次温度係数αは０またはほぼ０であり、
これはαがｗ／ｌに対して不感性であることを示
している。
第２図の曲線から最適値として極値の場合のψ
＝26゜、θ＝20゜が得られる。この値においては温
度に対する感度が最も低いことが見出されてい
る。また、比ｗ／ｌについては、これが共振子の
周波数の温度依存性を表わす曲線の変曲点位置を
定めるものである。
＝26゜、θ＝20゜が得られる。この値においては温
度に対する感度が最も低いことが見出されてい
る。また、比ｗ／ｌについては、これが共振子の
周波数の温度依存性を表わす曲線の変曲点位置を
定めるものである。
すなわち、係数αは比ｗ／ｌに独立であること
が示されている。しかし、温度係数の２次成分β
はこの比に依存する。定義から、この係数βが０
である時は、この値は周波数対温度曲線の変曲点
に対応する。これから、与えられた平均使用温度
に対しては比ｗ／ｌを適当に選ぶことにより係数
βを０にできることが理解される。比ｗ／ｌ＝
２／３の場合には、特に腕時計に対して好ましい
値である温度25℃の時の変曲点を定めることが知
られている。このような変曲点を有する温度と周
波数との関係の一例を示すグラフを第９図に示
す。
が示されている。しかし、温度係数の２次成分β
はこの比に依存する。定義から、この係数βが０
である時は、この値は周波数対温度曲線の変曲点
に対応する。これから、与えられた平均使用温度
に対しては比ｗ／ｌを適当に選ぶことにより係数
βを０にできることが理解される。比ｗ／ｌ＝
２／３の場合には、特に腕時計に対して好ましい
値である温度25℃の時の変曲点を定めることが知
られている。このような変曲点を有する温度と周
波数との関係の一例を示すグラフを第９図に示
す。
なお、この周波数−温度特性は前述した平均使
用温度を中心とした一連の開発により得られたも
ので、そのため異なる平均使用温度に対するもの
とは多少異なることが注意されるべきである。
用温度を中心とした一連の開発により得られたも
ので、そのため異なる平均使用温度に対するもの
とは多少異なることが注意されるべきである。
、θおよび比ｗ／ｌの値は臨界的なものでは
なく、αが少なくとも非常に小さいこと、αが比
ｗ／ｌにほとんど依存しないこと、振動方向が結
晶面方向であることを条件として、変動した値で
も満足すべき特性が得られる。例えば、第２図に
示されたの最適値付近の26゜から36゜の範囲では
曲線上のθの値はまだ満足すべきものである。さ
らに曲線の外側にはあるが曲線に接近した点、例
えば＝25゜はαが０とは少し異なるものの、望
まれる特性からは満足すべきものである。
なく、αが少なくとも非常に小さいこと、αが比
ｗ／ｌにほとんど依存しないこと、振動方向が結
晶面方向であることを条件として、変動した値で
も満足すべき特性が得られる。例えば、第２図に
示されたの最適値付近の26゜から36゜の範囲では
曲線上のθの値はまだ満足すべきものである。さ
らに曲線の外側にはあるが曲線に接近した点、例
えば＝25゜はαが０とは少し異なるものの、望
まれる特性からは満足すべきものである。
同様に、比ｗ／ｌは、２／３付近の他の値、例
えば２／３を中心としてほぼ対称の0.5から0.8の
値が望ましい。
えば２／３を中心としてほぼ対称の0.5から0.8の
値が望ましい。
さらに詳しく述べると比ｗ／ｌの値は使用され
る温度範囲およびその温度範囲内での要求される
最大周波数変動にしたがつて選択される。もし、
βの値が０またはほぼ０であるときは、平均使用
温度の回りで周波数変動は非常に小さく、それを
越えるとむしろ大きい。他方、相対的に小さい周
波数変動は広い周波数範囲で望まれるが、βの値
は０でない方が有利である。このようなことを考
慮し、低い温度から高い温度までをカバーするも
のとして0.5から0.8の値が選ばれた。
る温度範囲およびその温度範囲内での要求される
最大周波数変動にしたがつて選択される。もし、
βの値が０またはほぼ０であるときは、平均使用
温度の回りで周波数変動は非常に小さく、それを
越えるとむしろ大きい。他方、相対的に小さい周
波数変動は広い周波数範囲で望まれるが、βの値
は０でない方が有利である。このようなことを考
慮し、低い温度から高い温度までをカバーするも
のとして0.5から0.8の値が選ばれた。
したがつて第２図から最適条件の臨界値として
ψ＝36゜；θ＝10゜
このときｗ／ｌ＝0.73
ψ＝31゜；θ＝30゜
このときｗ／ｌ＝0.70
が得られる。これらは与えられた平均使用温度に
対してαもβも０であるとして計算されたもので
ある。以上を纏めると、 25゜＜ψ＜36゜ 10゜＜θ＜30゜ 0.5＜ｗ／ｌ＜0.8 となる。
対してαもβも０であるとして計算されたもので
ある。以上を纏めると、 25゜＜ψ＜36゜ 10゜＜θ＜30゜ 0.5＜ｗ／ｌ＜0.8 となる。
また、結晶の対称性により、ψ＝−26゜とθ＝
−20゜について得られたプレートは上述したよう
な最適なものとなる。
−20゜について得られたプレートは上述したよう
な最適なものとなる。
厚さは自由パラメータでありこれはすべての輪
郭モードについて同じである。これは面外のずれ
を有するモードとの面倒なカツプリングを避ける
ように選ばれなければならない。これらの角度に
組合せに近くなると周波数／温度関係が３次曲線
となり、その変曲点は寸法比を適正に選ぶことに
より変えることが出来る。変曲点における１次温
度変数はその角度により決まり、打消すことが出
来る。２次温度係数は寸法比により決まり、前述
した最適値ｗ／ｌ〜２／３については打消すこと
が出来る。３次の係数は約55×10-12／℃3にすぎ
ず、すなわちATカツトのものよりかなり小さ
い。幅に関係した周波数定数は2823KHz・mmであ
る。
郭モードについて同じである。これは面外のずれ
を有するモードとの面倒なカツプリングを避ける
ように選ばれなければならない。これらの角度に
組合せに近くなると周波数／温度関係が３次曲線
となり、その変曲点は寸法比を適正に選ぶことに
より変えることが出来る。変曲点における１次温
度変数はその角度により決まり、打消すことが出
来る。２次温度係数は寸法比により決まり、前述
した最適値ｗ／ｌ〜２／３については打消すこと
が出来る。３次の係数は約55×10-12／℃3にすぎ
ず、すなわちATカツトのものよりかなり小さ
い。幅に関係した周波数定数は2823KHz・mmであ
る。
１次温度係数が０である点の幾何的位置を表わ
す第２図の曲線はこの係数は角度で大きく変わ
ることを非常によく示しているが角度θの小さい
変化に対してほとんど感応しないことも示してい
る。このZTカツトの水晶の特性の詳細な分析に
より変形が実際には幅方向の純粋な伸長であるこ
とが明らかになり、このことにより交互に逆相で
振動するｎ個の共振子の軸Y′に沿つた並置構成
をとつてもそれらの熱特性を変えるものではない
ことがわかる。このように構成された共振子は実
際にY′に沿つた伸長のｎ番目の高調波で振動す
る。
す第２図の曲線はこの係数は角度で大きく変わ
ることを非常によく示しているが角度θの小さい
変化に対してほとんど感応しないことも示してい
る。このZTカツトの水晶の特性の詳細な分析に
より変形が実際には幅方向の純粋な伸長であるこ
とが明らかになり、このことにより交互に逆相で
振動するｎ個の共振子の軸Y′に沿つた並置構成
をとつてもそれらの熱特性を変えるものではない
ことがわかる。このように構成された共振子は実
際にY′に沿つた伸長のｎ番目の高調波で振動す
る。
この最も単純なZTカツト共振子の構成は方形
の水晶プレートを用いる際に第１図に示すよう
に、好適には中心配置された１本または２本のワ
イヤにより懸加されるようにして構成される。し
かしながら、懸架ワイヤまたはねじを使用しない
他の構成もある。
の水晶プレートを用いる際に第１図に示すよう
に、好適には中心配置された１本または２本のワ
イヤにより懸加されるようにして構成される。し
かしながら、懸架ワイヤまたはねじを使用しない
他の構成もある。
例えば、本発明によるZTカツトの水晶圧電共
振子は次の寸法をもつ方形の水晶プレートで作る
ことが出来る。
振子は次の寸法をもつ方形の水晶プレートで作る
ことが出来る。
幅ｗ：2.7mm
長さｌ：4.0mm
厚さｔ：0.2mm
およびθは次の通りである。
＝26゜
θ＝20゜
この場合、この共振子の共振周波数は220ヘル
ツすなわち約1049KHzである。
ツすなわち約1049KHzである。
第３図のZTカツトの水晶体フレーム１１によ
り包囲され、このフレーム２個の脚１２，１３で
固定された、長さｌ、幅ｗの内側能動部分１０を
有する。フレーム１１と脚１２，１３はこの結晶
体の受動部分を形成する。この能動部分は矢印１
５で示すようにその幅方向で振動する。
り包囲され、このフレーム２個の脚１２，１３で
固定された、長さｌ、幅ｗの内側能動部分１０を
有する。フレーム１１と脚１２，１３はこの結晶
体の受動部分を形成する。この能動部分は矢印１
５で示すようにその幅方向で振動する。
第４図はZTカツトのプレートの他の実施例を
示すものであり、これは長さｌ、幅ｗの方形の能
動部分２０を有し、その長手方向の各辺から３角
形延長部２１，２２により長くされている。この
プレートは矢印２３の方向に振動し、そしてその
結果それぞれの３角形２１，２２の点により２個
の固定支持体２４，２５に容易に固定される。
示すものであり、これは長さｌ、幅ｗの方形の能
動部分２０を有し、その長手方向の各辺から３角
形延長部２１，２２により長くされている。この
プレートは矢印２３の方向に振動し、そしてその
結果それぞれの３角形２１，２２の点により２個
の固定支持体２４，２５に容易に固定される。
第５図はZTカツトの方形プレートを示してお
り、その能動部分３０は寸法については３個のプ
レート３１，３２，３３に等価でありこれら３個
のプレートのそれぞれの長さはｌ、幅はｗ、ｗ／
ｌ＝0.5〜0.8である。プレート３１と３３の間に
配置されて逆相で振動する中央プレート３２は例
えば図示しない支持体上に組立体を固定するため
の２個の延長部３４，３５を有する。
り、その能動部分３０は寸法については３個のプ
レート３１，３２，３３に等価でありこれら３個
のプレートのそれぞれの長さはｌ、幅はｗ、ｗ／
ｌ＝0.5〜0.8である。プレート３１と３３の間に
配置されて逆相で振動する中央プレート３２は例
えば図示しない支持体上に組立体を固定するため
の２個の延長部３４，３５を有する。
第６図は音叉形のZTカツトプレートを示す。
これは長さｌ、幅ｗ、ｗ／ｌ＝0.5〜0.8であつ
て、この場合受動部分を形成して支持体上に固定
されるべき脚４３に平行関係をもつて固定される
２個のプレート４１と４２から形成される能動部
分からなる。
これは長さｌ、幅ｗ、ｗ／ｌ＝0.5〜0.8であつ
て、この場合受動部分を形成して支持体上に固定
されるべき脚４３に平行関係をもつて固定される
２個のプレート４１と４２から形成される能動部
分からなる。
第７図はZTカツトプレートの他の実施例であ
り、これは受動部分５１に接続する能動部分５０
からなる。この能動部分５０は比ｗ／ｌが0.5〜
0.8となるように寸法ｌとｗを有する方形プレー
トで形成される。この能動部分５０は矢印５２に
従つて振動する。
り、これは受動部分５１に接続する能動部分５０
からなる。この能動部分５０は比ｗ／ｌが0.5〜
0.8となるように寸法ｌとｗを有する方形プレー
トで形成される。この能動部分５０は矢印５２に
従つて振動する。
第８図はZTカツトプレートの金属化の一形態
を示す。低電力消費型IC発振器は周波数に逆比
例する負性抵抗を有する。直線動作条件下での動
作が受け入れられるならば水晶共振子は次の条件
を満足する必要がある。
を示す。低電力消費型IC発振器は周波数に逆比
例する負性抵抗を有する。直線動作条件下での動
作が受け入れられるならば水晶共振子は次の条件
を満足する必要がある。
QC1／ω｜所望モード＞QC1／ω｜非所望モード
ZT共振子は各種振動モードを有するが、ZTモ
ードを除く輪郭モードは必要な温度特性を有して
いないために、所望モードではない。特にZT共
振子は低周波では面すべりモードとなる。しか
し、前述したような、面の中心に懸架ワイヤが固
定されたZT共振子については、面すべりモード
はそのＱフアクタおよび圧電カツプリングがZT
モードのそれらと同じ次元の大きさであるため、
望ましくないモード巾では唯一考慮に値するもの
である。プレートが完全に金属化されると、容量
が増加して上述した条件は満足されない。あるモ
ードの動的容量はその圧電カツプリングに関係す
るので、２つのモード（ZTモードおよび面すべ
りモード）の圧電カツプリングを調節することが
ZTモードの割合を増加させるために必要である。
このためには、面すべりモードに対するZTモー
ドの動的（ダイナミツク）容量比を増加させれば
よく、従つて、比 C1｜ZTモード／C1｜面すべりモード を増加させるように部分的金属化する必要があ
る。この金属化はプレート６０の主面を部分的に
覆う長い条片６１と６２とにより形成される。こ
れら条片の縁部すなわち端部の１つはプレートの
端部と重なるようにしてもよい。金属化条片６１
と６２は、その一方の６１が正に帯電され、他方
の６２が負に帯電されたときに生ずる電界が軸
Z′に沿つた成分と対向する軸Y′に沿つた成分を与
えるように、各条片のX′方向に延びた中心線が
プレートのX′方向に延びた中心線から離れて存
在するように配置されている。
ードを除く輪郭モードは必要な温度特性を有して
いないために、所望モードではない。特にZT共
振子は低周波では面すべりモードとなる。しか
し、前述したような、面の中心に懸架ワイヤが固
定されたZT共振子については、面すべりモード
はそのＱフアクタおよび圧電カツプリングがZT
モードのそれらと同じ次元の大きさであるため、
望ましくないモード巾では唯一考慮に値するもの
である。プレートが完全に金属化されると、容量
が増加して上述した条件は満足されない。あるモ
ードの動的容量はその圧電カツプリングに関係す
るので、２つのモード（ZTモードおよび面すべ
りモード）の圧電カツプリングを調節することが
ZTモードの割合を増加させるために必要である。
このためには、面すべりモードに対するZTモー
ドの動的（ダイナミツク）容量比を増加させれば
よく、従つて、比 C1｜ZTモード／C1｜面すべりモード を増加させるように部分的金属化する必要があ
る。この金属化はプレート６０の主面を部分的に
覆う長い条片６１と６２とにより形成される。こ
れら条片の縁部すなわち端部の１つはプレートの
端部と重なるようにしてもよい。金属化条片６１
と６２は、その一方の６１が正に帯電され、他方
の６２が負に帯電されたときに生ずる電界が軸
Z′に沿つた成分と対向する軸Y′に沿つた成分を与
えるように、各条片のX′方向に延びた中心線が
プレートのX′方向に延びた中心線から離れて存
在するように配置されている。
第８図の共振子は水晶プレートの２つの主面の
巾心に直角に半田付される導電体である短い懸架
ワイヤ６３，６４により実装される。これらワイ
ヤはまた図示しない励起回路と水晶プレート６０
のそれぞれの条片６１，６２との間の電気接続を
与える。
巾心に直角に半田付される導電体である短い懸架
ワイヤ６３，６４により実装される。これらワイ
ヤはまた図示しない励起回路と水晶プレート６０
のそれぞれの条片６１，６２との間の電気接続を
与える。
前述の利点に加えて、このZTカツトプレート
は製造が容易であり、その実装後にその熱特性の
調整を必要としない。周波数の調整は熱特性を変
更することなく全面または好適にはプレートの長
さ方向に平行な縁に接近した条片に均一に材料を
付着するだけで達成出来る。
は製造が容易であり、その実装後にその熱特性の
調整を必要としない。周波数の調整は熱特性を変
更することなく全面または好適にはプレートの長
さ方向に平行な縁に接近した条片に均一に材料を
付着するだけで達成出来る。
第１図は直交座標Ｘ，Ｙ，Ｚにおける本発明の
共振子の配向を示す図、第２図は共振子の１次温
度係数が０となる値θとの幾何的位置を表わす
グラフ、第３図、第４図、第５図、第６図、第７
図は夫々異なつた圧電プレートの形を示す図、第
８図は電極の位置を示す方形プレート状の共振子
を示す図、第９図は比ｗ／ｌにより定まる変曲点
を有する温度と周波数との関係の一例を示すグラ
フである。 １０，２０，３０，５０……能動部分、１１…
…フレーム、１２，１３……脚部、２１，２２，
３４，３５……延長部、２４，２５……固定支持
体、３１，３２，３３，４１，４２，６０……プ
レート、５１……受動部分、６１，６２……条
片、６３，６４……ワイヤ。
共振子の配向を示す図、第２図は共振子の１次温
度係数が０となる値θとの幾何的位置を表わす
グラフ、第３図、第４図、第５図、第６図、第７
図は夫々異なつた圧電プレートの形を示す図、第
８図は電極の位置を示す方形プレート状の共振子
を示す図、第９図は比ｗ／ｌにより定まる変曲点
を有する温度と周波数との関係の一例を示すグラ
フである。 １０，２０，３０，５０……能動部分、１１…
…フレーム、１２，１３……脚部、２１，２２，
３４，３５……延長部、２４，２５……固定支持
体、３１，３２，３３，４１，４２，６０……プ
レート、５１……受動部分、６１，６２……条
片、６３，６４……ワイヤ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 軸X′に沿つた長さｌ、軸Y′に沿つた幅ｗお
よびZ′軸に沿つた厚さｔを有する方形の薄いプレ
ートの形を有し、輪郭モードで振動する少なくと
も１個の水晶結晶体からなり、このプレートの主
面に直角の軸Z′がこの結晶体の電気的Ｘ軸および
光学的Ｚ軸で形成される面内にあつて軸Ｚに対し
て25゜＜＜36°である角度をなしており、軸
Y′がこの結晶体の機械的軸Ｙに対して10゜＜θ＜
30゜である角度θをなすことを特徴とする圧電共
振子。 ２ 前記プレートの幅ｗと長さのｌの比ｗ／ｌ
が、0.5と0.8の間であることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の圧電共振子。 ３ 前記角度が約26゜であり前記角度θが約20゜
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の圧電共振子。 ４ 前記比ｗ／ｌが約2/3であることを特徴とす
る特許請求の範囲第２項記載の圧電共振子。 ５ 前記プレートの前記主面の夫々が部分的に金
属化されており、この金属化部分の形がこのプレ
ートの長手方向に平行な１つの条片となつてお
り、これら各条片のX′方向に延びた中心線がプ
レートのX′方向に延びた中心線から離れて存在
するように配置されており、且つこの構成は、こ
れら金属化部分の１つが正に帯電され他方が負に
帯電された場合に生ずる電界がその軸Z′に沿つた
成分と対向する軸Y′に沿つた成分を与えるよう
になつている特許請求の範囲第１項記載の圧電共
振子。 ６ 軸X′に沿つた長さｌ、軸Y′に沿つた幅ｗお
よびZ′軸に沿つた厚さｔを有する方形の薄いプレ
ートの形を有し輪郭モードで振動する２個の方形
プレートで形成されるアームを有する音叉の形を
有する水晶結晶体からなり、このプレートの主面
に直角の軸Z′がこの結晶体の電気的Ｘ軸および光
学的Ｚ軸で形成される面内にあつて軸Ｚに対して
25゜＜＜36゜である角度をなしててり、軸Y′が
この結晶体の機械的軸Ｙに対して10゜＜θ＜30゜で
ある角度θをなし、前記プレートの幅ｗと長さｌ
の比ｗ／ｌが、0.5から0.8であることを特徴とす
る圧電共振子。 ７ 軸X′に沿つた長さｌ、軸Y′に沿つた幅ｗお
よびZ′軸に沿つた厚さｔを有する方形の薄いプレ
ートの形を有し輪郭モードで振動する少なくとも
１個の水晶結晶体からなり、このプレートの主面
に直角の軸Z′がこの結晶体の電気的Ｘ軸および光
学的Ｚ軸で形成される面内にあつて軸Ｚに対して
25゜＜＜36゜である角度をなしており、軸Y′が
この結晶体の機械的軸Ｙに対して10゜＜θ＜30゜を
なし、前記水晶結晶体が寸法について0.5〜0.8の
比ｗ／ｌを有する少くとも１個の方形プレートか
らなるプレートに等価な方形プレートである能動
部分とこの能動部分に隣接して少くとも１つの仲
長を与える受動部分とからなつていることを特徴
とする圧電共振子。 ８ 前記能動部分が0.5〜0.8の比ｗ／ｌを有する
方形プレートからなり、前記受動部分が上記能動
部分をその長手方向に伸長した２個の３角形から
なることを特徴とする特許請求の範囲第７項記載
の圧電共振子。 ９ 前記能動部分が0.5〜0.8の比ｗ／ｌを有する
方形プレートからなり、前記受動部分がこの能動
部分により完全に包囲された方形フレームからな
り、これら両部分が上記能動部分の小辺のそれぞ
れに固着した延長部により互いに接続されること
を特徴とする特許請求の範囲第７項記載の圧電共
振子。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH944278A CH623690A5 (ja) | 1978-09-08 | 1978-09-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5538799A JPS5538799A (en) | 1980-03-18 |
| JPH0232807B2 true JPH0232807B2 (ja) | 1990-07-24 |
Family
ID=4352043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11509479A Granted JPS5538799A (en) | 1978-09-08 | 1979-09-07 | Piezooelectric resonator |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4313071A (ja) |
| JP (1) | JPS5538799A (ja) |
| CA (1) | CA1141445A (ja) |
| CH (1) | CH623690A5 (ja) |
| DE (1) | DE2936225A1 (ja) |
| FR (1) | FR2435855A1 (ja) |
| GB (1) | GB2032685B (ja) |
| HK (1) | HK23088A (ja) |
| NL (1) | NL190593C (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2521782A1 (fr) * | 1982-02-16 | 1983-08-19 | Centre Electron Horloger | Resonateur piezoelectrique encastrable |
| CH650897GA3 (ja) * | 1982-07-14 | 1985-08-30 | ||
| US4486682A (en) * | 1983-03-17 | 1984-12-04 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Stress compensated quartz resonator having ultra-linear frequency-temperature response |
| US4499395A (en) * | 1983-05-26 | 1985-02-12 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Cut angles for quartz crystal resonators |
| US4542355A (en) * | 1984-11-07 | 1985-09-17 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Normal coordinate monolithic crystal filter |
| JPS61288132A (ja) * | 1985-06-17 | 1986-12-18 | Yokogawa Electric Corp | 水晶温度計 |
| US4900971A (en) * | 1988-03-10 | 1990-02-13 | Seiko Electronic Components Ltd. | Face shear mode quartz crystal resonator |
| FR2634067B1 (fr) * | 1988-07-07 | 1992-04-03 | Electro Microtechn Centre | Resonateur piezoelectrique |
| CH683050A5 (fr) * | 1991-06-04 | 1993-12-31 | Suisse Electronique Microtech | Résonateur à quartz vibrant selon un mode fondamental de torsion. |
| JP2743701B2 (ja) * | 1992-03-30 | 1998-04-22 | 株式会社村田製作所 | 発振回路 |
| US6172443B1 (en) * | 1998-11-24 | 2001-01-09 | Cts Corporation | Quartz crystal resonator with improved temperature performance and method therefor |
| US6590315B2 (en) * | 2000-05-26 | 2003-07-08 | William D. Beaver | Surface mount quartz crystal resonators and methods for making same |
| US6744182B2 (en) | 2001-05-25 | 2004-06-01 | Mark Branham | Piezoelectric quartz plate and method of cutting same |
| US6791243B2 (en) * | 2002-03-06 | 2004-09-14 | Piedek Technical Laboratory | Quartz crystal unit and its manufacturing method |
| US6897743B2 (en) * | 2002-03-06 | 2005-05-24 | Piedek Technical Laboratory | Electronic apparatus with two quartz crystal oscillators utilizing different vibration modes |
| JP2003318699A (ja) * | 2002-04-23 | 2003-11-07 | Piedekku Gijutsu Kenkyusho:Kk | 水晶ユニットとその製造方法 |
| US6707234B1 (en) * | 2002-09-19 | 2004-03-16 | Piedek Technical Laboratory | Quartz crystal unit, its manufacturing method and quartz crystal oscillator |
| 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 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5275252A (en) * | 1975-12-19 | 1977-06-24 | Seiko Instr & Electronics Ltd | Crystal oscillator circuit |
-
1978
- 1978-09-08 CH CH944278A patent/CH623690A5/fr not_active IP Right Cessation
-
1979
- 1979-09-06 NL NL7906675A patent/NL190593C/xx not_active IP Right Cessation
- 1979-09-07 US US06/073,559 patent/US4313071A/en not_active Expired - Lifetime
- 1979-09-07 CA CA000335187A patent/CA1141445A/en not_active Expired
- 1979-09-07 JP JP11509479A patent/JPS5538799A/ja active Granted
- 1979-09-07 FR FR7922463A patent/FR2435855A1/fr active Granted
- 1979-09-07 DE DE19792936225 patent/DE2936225A1/de active Granted
- 1979-09-10 GB GB7931387A patent/GB2032685B/en not_active Expired
-
1988
- 1988-03-24 HK HK230/88A patent/HK23088A/xx not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2435855A1 (fr) | 1980-04-04 |
| FR2435855B1 (ja) | 1982-12-17 |
| GB2032685B (en) | 1982-12-08 |
| NL190593B (nl) | 1993-12-01 |
| DE2936225A1 (de) | 1980-03-20 |
| NL7906675A (nl) | 1980-03-11 |
| GB2032685A (en) | 1980-05-08 |
| CH623690A5 (ja) | 1981-06-15 |
| HK23088A (en) | 1988-03-31 |
| NL190593C (nl) | 1994-05-02 |
| CA1141445A (en) | 1983-02-15 |
| US4313071A (en) | 1982-01-26 |
| DE2936225C2 (ja) | 1988-01-28 |
| JPS5538799A (en) | 1980-03-18 |
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