JPH03172011A - ３次オーバトーン圧電振動子 - Google Patents
３次オーバトーン圧電振動子Info
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- JPH03172011A JPH03172011A JP1311838A JP31183889A JPH03172011A JP H03172011 A JPH03172011 A JP H03172011A JP 1311838 A JP1311838 A JP 1311838A JP 31183889 A JP31183889 A JP 31183889A JP H03172011 A JPH03172011 A JP H03172011A
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- Japan
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- piezoelectric vibrator
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- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 7
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 7
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 4
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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
- H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
- H03H9/13—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials
- H03H9/132—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials characterized by a particular shape
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
- H03H9/02062—Details relating to the vibration mode
- H03H9/0207—Details relating to the vibration mode the vibration mode being harmonic
-
- H—ELECTRICITY
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- 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
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、厚みすべり振動を行なう３次オーバトーン圧
電振動子に関するものである。
電振動子に関するものである。
［従来の技術とその解決すべき３題］
従来の厚みすべり振動を行う圧電振動子は、円形の水晶
振動子の両面に、円形の駆動電極を形成して主振動駆動
に適した構成としている。しかしこの振動子には、主振
動の他にも数多くの副振動を持っており、主振動で振動
中に高次の副振動との結合を生じると、特に周波数温度
特性において周波数異常現象を起すという問題がある。
振動子の両面に、円形の駆動電極を形成して主振動駆動
に適した構成としている。しかしこの振動子には、主振
動の他にも数多くの副振動を持っており、主振動で振動
中に高次の副振動との結合を生じると、特に周波数温度
特性において周波数異常現象を起すという問題がある。
そこで特に輪郭系の副振動との結合を避けるために、円
形の駆動電極の形状や寸法等の設計に重点をおいた提案
がなされている。（例えば、特公昭６〇一１３６０８号
公報．特公昭６３−４０４９２号公報に開示。） しかしこの振動子には、上記のような副振動との結合の
他にも、主振動と高次倍調波振動に付随する厚みすべり
系副振動との結合を生じるという問題がある。そこでこ
れらの対策を考慮したものを、本願出願人は特公昭５
９−３ ８ ７ ６ ４号公報により先に提案している
。これは高次の副振動との結合に対する対策を講じたも
のであり、円形の駆動電極の上に、さらに周波数調整舟
の電極を眼鏡形状に設け、負荷マス効果を利用して解決
しようとしたものである。
形の駆動電極の形状や寸法等の設計に重点をおいた提案
がなされている。（例えば、特公昭６〇一１３６０８号
公報．特公昭６３−４０４９２号公報に開示。） しかしこの振動子には、上記のような副振動との結合の
他にも、主振動と高次倍調波振動に付随する厚みすべり
系副振動との結合を生じるという問題がある。そこでこ
れらの対策を考慮したものを、本願出願人は特公昭５
９−３ ８ ７ ６ ４号公報により先に提案している
。これは高次の副振動との結合に対する対策を講じたも
のであり、円形の駆動電極の上に、さらに周波数調整舟
の電極を眼鏡形状に設け、負荷マス効果を利用して解決
しようとしたものである。
しかし、眼鏡形状の負荷マスを設けたものにおいても、
負Ｇｒマスを形成するためのマスクの位置がずれる等の
原因により、負荷マスの位置に誤差を坐じたり、！’ｌ
！ ｆｆｌが少なく負荷マス効果が小さいなどの問題
がある。
負Ｇｒマスを形成するためのマスクの位置がずれる等の
原因により、負荷マスの位置に誤差を坐じたり、！’ｌ
！ ｆｆｌが少なく負荷マス効果が小さいなどの問題
がある。
［允明の目的］
本発明の目的は、３次オーバトーン圧電振動子において
、周波数異常現象の発坐を除表することにある。
、周波数異常現象の発坐を除表することにある。
［目的を達成するための手段］
上記目的を達成するために、本発明の３次オーバトーン
の圧電振動子は、厚みすべり振動を行なう固形の圧電素
子の両主面にＺ゛軸方向に横長の駆動電極が設けてあり
、圧電素子の直径をＤ１駆動電極のＺ″軸方向の長さを
Ｌ，Ｘ軸方向の長さをＷとしたとき、両駆動電極の各寸
法Ｌ，Ｗが、Ｗ ＜ Ｄ ／ ３および０，５Ｄ≦Ｌ≦
２Ｄ／３の範囲に形成してある。
の圧電振動子は、厚みすべり振動を行なう固形の圧電素
子の両主面にＺ゛軸方向に横長の駆動電極が設けてあり
、圧電素子の直径をＤ１駆動電極のＺ″軸方向の長さを
Ｌ，Ｘ軸方向の長さをＷとしたとき、両駆動電極の各寸
法Ｌ，Ｗが、Ｗ ＜ Ｄ ／ ３および０，５Ｄ≦Ｌ≦
２Ｄ／３の範囲に形成してある。
【実施例］
周波数異常現象は、従来のジャンプ現象（厚みすべりの
基本モードの主振動が、これと比較的近接して存在する
副振動に引込まれる現象）とは全く発生の原因が異なる
もので、基本振動の共振周波数と掛け離れたｎ（３以」
一の奇数）倍の周波数の近くに存（Ｅする高周波振動（
特に荊記基本振動の共振周波数の３倍の周波数近くの振
動）と密接に関係し、周囲暦度や負荷容量の変動によっ
てその高周波振動の周波数のｎ分の１が前記基本振動の
共振周波数と一致したときに突発的に発生する。
基本モードの主振動が、これと比較的近接して存在する
副振動に引込まれる現象）とは全く発生の原因が異なる
もので、基本振動の共振周波数と掛け離れたｎ（３以」
一の奇数）倍の周波数の近くに存（Ｅする高周波振動（
特に荊記基本振動の共振周波数の３倍の周波数近くの振
動）と密接に関係し、周囲暦度や負荷容量の変動によっ
てその高周波振動の周波数のｎ分の１が前記基本振動の
共振周波数と一致したときに突発的に発生する。
例えば、基本振動で使用する場合にはこの基本波と３次
オーバトーンのスブリアス振動との関係、あるいは３次
オーバトーンで使用する場合には９次オーバトーンのス
ブリアス振動との関係でしばしば結合状態となり、周波
数異常現象を生ずる。
オーバトーンのスブリアス振動との関係、あるいは３次
オーバトーンで使用する場合には９次オーバトーンのス
ブリアス振動との関係でしばしば結合状態となり、周波
数異常現象を生ずる。
第６図は、従来の円形の駆動電極を有する円形の水晶振
動子を、３次オーバトーンで使用する場合の共振特性を
示しており、３次オーバトーン（Ｆ３）の周波数が２３
．６４４９５Ｍ Ｈ ｚであると、その３倍の周波数は
７０．９３４８５Ｍ Ｈ ｚであるが、この３倍の周波
数の近傍には、９次オーバトーン（Ｆ９）のスブリアス
振動（Ｆ９ＳＩ）として、周波数７０．９２９９６Ｍ
Ｈ ｚの振動が存在し、さらにもう１つのスブリアス振
動（Ｆ９Ｓ２）として、周波数７０．９４７０５Ｍ Ｈ
ｚの振動が存（Ｉニしている。このためにこの圧電振
動子を３次オーバトーン（Ｆ３）で使用しているときに
、周囲温度との関係で、９次オーバトーン（Ｆ９）のス
プリアス振動（Ｆ９Ｓ１）との結合を生じる。これは第
７図示の周波数温度特性図において、丸で囲った個所に
見られるような周波数異常現象として観察される。
動子を、３次オーバトーンで使用する場合の共振特性を
示しており、３次オーバトーン（Ｆ３）の周波数が２３
．６４４９５Ｍ Ｈ ｚであると、その３倍の周波数は
７０．９３４８５Ｍ Ｈ ｚであるが、この３倍の周波
数の近傍には、９次オーバトーン（Ｆ９）のスブリアス
振動（Ｆ９ＳＩ）として、周波数７０．９２９９６Ｍ
Ｈ ｚの振動が存在し、さらにもう１つのスブリアス振
動（Ｆ９Ｓ２）として、周波数７０．９４７０５Ｍ Ｈ
ｚの振動が存（Ｉニしている。このためにこの圧電振
動子を３次オーバトーン（Ｆ３）で使用しているときに
、周囲温度との関係で、９次オーバトーン（Ｆ９）のス
プリアス振動（Ｆ９Ｓ１）との結合を生じる。これは第
７図示の周波数温度特性図において、丸で囲った個所に
見られるような周波数異常現象として観察される。
本発明はこのような周波数異常現象を避けるために、各
々の振動モードについて分析し、電極膜のマスローディ
ング効果を利用して高次スプリアス振動との結合を避け
るように構成した。
々の振動モードについて分析し、電極膜のマスローディ
ング効果を利用して高次スプリアス振動との結合を避け
るように構成した。
第１．２図に示す本発明の圧電振動子の一実施例は、圧
電素子としての円形の水晶振動子１の両主面に、横長の
駆動電極２を形成したものである。
電素子としての円形の水晶振動子１の両主面に、横長の
駆動電極２を形成したものである。
水品振動子１は、本来の座標紬であるＺ軸からＹ軸方向
にある一定角度、すなわち周波数塩度係数が０になる約
３５．４°だけ傾いた面に沿って切断したＡＴカットの
水晶振動子を用いている。この角度で水晶から切断され
た水晶板は、第１．２図で示すそれぞれの軸方向がＸ，
Ｙ−，Ｚ−となっている。このような切断角度による水
晶板から、直径Ｄの円形をなす本発明の水晶振動子１を
形成している。
にある一定角度、すなわち周波数塩度係数が０になる約
３５．４°だけ傾いた面に沿って切断したＡＴカットの
水晶振動子を用いている。この角度で水晶から切断され
た水晶板は、第１．２図で示すそれぞれの軸方向がＸ，
Ｙ−，Ｚ−となっている。このような切断角度による水
晶板から、直径Ｄの円形をなす本発明の水晶振動子１を
形成している。
この水晶振動子１の両主面に形成した駆動電極２は、第
３図示のように、Ｚ′軸方向の長さをＬ，Ｘ軸方向の長
さをＷとしたとき、Ｗ＜Ｄ／３および０．５Ｄ≦Ｌ≦２
Ｄ／３の範囲になるようにその各寸法Ｌ，Ｗを設定し、
両主面の中心と駆動電極２の中心とを一致させて形成し
てある。またこの駆動電極２より引出電極２ａが外周部
に向けて形成してある。
３図示のように、Ｚ′軸方向の長さをＬ，Ｘ軸方向の長
さをＷとしたとき、Ｗ＜Ｄ／３および０．５Ｄ≦Ｌ≦２
Ｄ／３の範囲になるようにその各寸法Ｌ，Ｗを設定し、
両主面の中心と駆動電極２の中心とを一致させて形成し
てある。またこの駆動電極２より引出電極２ａが外周部
に向けて形成してある。
本発明ではこの水晶振動子１を３次オーバトーン（Ｆ３
）で使用するものであるが、３次オーノ〈トーン（Ｆ３
）と共に高次倍調波振動およびそのスプリアス振動を生
じる。第ｌ図（ａ）中の鎖線で示す楕円３は、３次オー
バトーン（Ｆ３）の電ｄｚｆ果中領域を示しており、図
示していないが、電荷は中央部に集中している。
）で使用するものであるが、３次オーノ〈トーン（Ｆ３
）と共に高次倍調波振動およびそのスプリアス振動を生
じる。第ｌ図（ａ）中の鎖線で示す楕円３は、３次オー
バトーン（Ｆ３）の電ｄｚｆ果中領域を示しており、図
示していないが、電荷は中央部に集中している。
第１図（ａ）中の鎖線で示す３つの楕円４ａ，４ｂ，４
ｃは、この３次オーバトーン（Ｆ３）によって生じる９
次オーバトーン（Ｆ９）のスブリアス振動（Ｆ９ＳＩ）
の電荷集中領域であって、電荷は第１図（ｂ），（ｃ）
図の電荷分４１曲線に示すように、Ｘ軸−Ｊ．ｌおよび
Ｚ′軸上において中央部の領域４ａに果申し、かつ極性
の異なる電荷が領域４ａのＺ′軸上の両側部の領域４ｂ
，４ｃに集中していることがわかる。このスブリアス振
動（Ｆ９Ｓ１）に対しては、電Ｇ？集中領域４ａ，４ｂ
，４ｃのほほ全而に駆動電極２を有するので、電極膜に
よるマスローディング効果を与えている。
ｃは、この３次オーバトーン（Ｆ３）によって生じる９
次オーバトーン（Ｆ９）のスブリアス振動（Ｆ９ＳＩ）
の電荷集中領域であって、電荷は第１図（ｂ），（ｃ）
図の電荷分４１曲線に示すように、Ｘ軸−Ｊ．ｌおよび
Ｚ′軸上において中央部の領域４ａに果申し、かつ極性
の異なる電荷が領域４ａのＺ′軸上の両側部の領域４ｂ
，４ｃに集中していることがわかる。このスブリアス振
動（Ｆ９Ｓ１）に対しては、電Ｇ？集中領域４ａ，４ｂ
，４ｃのほほ全而に駆動電極２を有するので、電極膜に
よるマスローディング効果を与えている。
さらに第２図（ａ）中の錯線て示す３つの楕円５ａ，５
ｂ，５ｃは、３次オーバトーン（Ｆ３）によって生じる
９次オーバトーン（Ｆ９）のもう１つのスブリアス振動
（Ｆ９Ｓ２）の電荷集中領域であって、電荷は第２図（
ｂ）．（ｃ）図の電荷分布曲線に示すように、Ｘ軸上お
よびＺ′軸上において中央部の領域５ａに集中し、かつ
極性の異なる電荷が領域５ａのＸ軸上の両側部の領域５
ｂ，５Ｃに集中していることがわかる。このスブリアス
振動（Ｆ９Ｓ２）に対しては、電荷集中領域４ａ，４ｂ
，４ｃの中央の領域５ａにのみ駆動電極２を有するので
、電極膜によるマスローディング効果の軽減を図ること
ができる。
ｂ，５ｃは、３次オーバトーン（Ｆ３）によって生じる
９次オーバトーン（Ｆ９）のもう１つのスブリアス振動
（Ｆ９Ｓ２）の電荷集中領域であって、電荷は第２図（
ｂ）．（ｃ）図の電荷分布曲線に示すように、Ｘ軸上お
よびＺ′軸上において中央部の領域５ａに集中し、かつ
極性の異なる電荷が領域５ａのＸ軸上の両側部の領域５
ｂ，５Ｃに集中していることがわかる。このスブリアス
振動（Ｆ９Ｓ２）に対しては、電荷集中領域４ａ，４ｂ
，４ｃの中央の領域５ａにのみ駆動電極２を有するので
、電極膜によるマスローディング効果の軽減を図ること
ができる。
第４図示は本発明のＺ゛軸方向に横長の駆動電極２を有
する円形の水晶振動子１を３次オーバトーンで使用した
場合の共振特性を示しており、３次オーバトーン（Ｆ３
）の周波数は２３．６４７２０Ｍ Ｈｚで、その３倍の
周波数は７０．９４１６０Ｍ Ｈ ｚである。
する円形の水晶振動子１を３次オーバトーンで使用した
場合の共振特性を示しており、３次オーバトーン（Ｆ３
）の周波数は２３．６４７２０Ｍ Ｈｚで、その３倍の
周波数は７０．９４１６０Ｍ Ｈ ｚである。
この３倍の周波数の近傍に上記の９次オーバトーン（Ｆ
９）のスブリアス振動（Ｆ９Ｓｌ）が周波数７０．９２
５１０Ｍ Ｈ ｚで、さらにもう１つのスブリアス振動
（Ｆ９Ｓ２）が周波数７０．９７４０７Ｍ Ｈ ｚで存
在しているが、これらは第６図示のスブリアス振動（Ｆ
９ＳＩ）と比べて一側に、またスブリアス振動（Ｆ９Ｓ
２）と比べて十側に移動しており、３次オバトーン（Ｆ
３）との結合を避けることができる。これによって、第
５図示の周波数瓜度特性図に示すように、第７図に見ら
れたような周波数異常現象が生じなくなる。
９）のスブリアス振動（Ｆ９Ｓｌ）が周波数７０．９２
５１０Ｍ Ｈ ｚで、さらにもう１つのスブリアス振動
（Ｆ９Ｓ２）が周波数７０．９７４０７Ｍ Ｈ ｚで存
在しているが、これらは第６図示のスブリアス振動（Ｆ
９ＳＩ）と比べて一側に、またスブリアス振動（Ｆ９Ｓ
２）と比べて十側に移動しており、３次オバトーン（Ｆ
３）との結合を避けることができる。これによって、第
５図示の周波数瓜度特性図に示すように、第７図に見ら
れたような周波数異常現象が生じなくなる。
なお駆動電極２はＺ゛軸方向に横長であればよく、楕円
形状．長方形状などでもよい。
形状．長方形状などでもよい。
［効果］
このような駆動電極を有する本発明の３次オーバトーン
汗電振動子は、９次オーバトーンのスプリアス振動の周
波数が、主振動としての３次オーバトーンの周波数の３
倍の周波数から離れるように改善されるので、広い温度
範囲に亘って上記したような周波数穴常現象の発生を確
実に除去ないしは抑制できる。したがって厚みすべり振
動の動作が安定し、その出力周波数が極めて高精度とな
る。しかも駆動電極の形状が簡単であるので、製造も極
めて容易で、均一な品質の圧電振動子を安価に提供でき
る。
汗電振動子は、９次オーバトーンのスプリアス振動の周
波数が、主振動としての３次オーバトーンの周波数の３
倍の周波数から離れるように改善されるので、広い温度
範囲に亘って上記したような周波数穴常現象の発生を確
実に除去ないしは抑制できる。したがって厚みすべり振
動の動作が安定し、その出力周波数が極めて高精度とな
る。しかも駆動電極の形状が簡単であるので、製造も極
めて容易で、均一な品質の圧電振動子を安価に提供でき
る。
第１図（ａ）は本発明の一実施例を示す圧電振動子の正
面図で、３次オーバトーンおよび９次オーバトーンのス
ブリアス振動における表面電荷分布を示しており、第１
図（ｂ），（ｃ）は上記のスプリアス振動における表面
電荷分布曲線図、第２図（ａ）は同上正面図において、
９次オーバトーンのもう１つのスプリアス振動における
表面電荷分布を示しており、第２図（ｂ）．（ｃ）は同
上スプリアス振動における表面電荷分布曲線図、第３図
は駆動電極を示す正面図、第４図は本発明の圧電振動子
における３次オーバトーンと９次オーバトーンとの共振
特性図、第５図は本発明の圧電振動子における周波数温
度特性図、第６図は円形の駆動電極を６する従来の圧電
振動子における３次オーバトーンと９次オーバトーンと
の共振特性図、第７図は上記従来の圧電振動子における
周波数温度特性図である。 ｌ ・圧電素子、 ２・ ・駆動電極。 以 上 出 願 人 株式会社 精 工 舎 代 理 人 弁理士 松田和子
面図で、３次オーバトーンおよび９次オーバトーンのス
ブリアス振動における表面電荷分布を示しており、第１
図（ｂ），（ｃ）は上記のスプリアス振動における表面
電荷分布曲線図、第２図（ａ）は同上正面図において、
９次オーバトーンのもう１つのスプリアス振動における
表面電荷分布を示しており、第２図（ｂ）．（ｃ）は同
上スプリアス振動における表面電荷分布曲線図、第３図
は駆動電極を示す正面図、第４図は本発明の圧電振動子
における３次オーバトーンと９次オーバトーンとの共振
特性図、第５図は本発明の圧電振動子における周波数温
度特性図、第６図は円形の駆動電極を６する従来の圧電
振動子における３次オーバトーンと９次オーバトーンと
の共振特性図、第７図は上記従来の圧電振動子における
周波数温度特性図である。 ｌ ・圧電素子、 ２・ ・駆動電極。 以 上 出 願 人 株式会社 精 工 舎 代 理 人 弁理士 松田和子
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 厚みすべり振動を行なう円形の圧電素子の両主面にＺ＾
−軸方向に横長の駆動電極が設けてあり、上記圧電素子
の直径をＤ、上記駆動電極のＺ＾−軸方向の長さをＬ，
Ｘ軸方向の長さをＷとしたとき、 上記両駆動電極の各寸法Ｌ，Ｗが、 Ｗ＜Ｄ／３ ０．５Ｄ≦Ｌ≦２Ｄ／３ の範囲に形成してある ことを特徴とする３次オーバトーン圧電振動子。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1311838A JP2813996B2 (ja) | 1989-11-30 | 1989-11-30 | ３次オーバトーンａｔカット水晶振動子 |
| GB9025626A GB2238907B (en) | 1989-11-30 | 1990-11-26 | Piezo-electric oscillator |
| SG1995903472A SG26350G (en) | 1989-11-30 | 1990-11-26 | Piezo-electric oscillator |
| KR1019900019374A KR940005377B1 (ko) | 1989-11-30 | 1990-11-28 | 3차 오버톤 압전 진동자 |
| MYPI90002108A MY108578A (en) | 1989-11-30 | 1990-11-29 | Piezoelectric oscillator. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1311838A JP2813996B2 (ja) | 1989-11-30 | 1989-11-30 | ３次オーバトーンａｔカット水晶振動子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03172011A true JPH03172011A (ja) | 1991-07-25 |
| JP2813996B2 JP2813996B2 (ja) | 1998-10-22 |
Family
ID=18022010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1311838A Expired - Fee Related JP2813996B2 (ja) | 1989-11-30 | 1989-11-30 | ３次オーバトーンａｔカット水晶振動子 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2813996B2 (ja) |
| KR (1) | KR940005377B1 (ja) |
| GB (1) | GB2238907B (ja) |
| MY (1) | MY108578A (ja) |
| SG (1) | SG26350G (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5104867B2 (ja) * | 2007-08-03 | 2012-12-19 | 株式会社大真空 | 圧電振動子 |
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