JPH0379112A - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は水晶振動子に係り、特に端面をベベル形状等に
形成した水晶振動子に関する。

Ｂ１発明の概要 本発明は温度係数のばらつきが小さく、直線性に優れた
温度特性の温度センサ用水晶振動子の提供を図ったもの
で、水晶振動子の幅と厚さの比率が９．０から１０．５
であると共に少なくとも長さ方向の端面をベベル形状あ
るいはコンベックス形状に形成することにより、温度直
線性を改善して、副振動の影響を小さなものにすること
ができる。

Ｃ８従来の技術 水晶は非等方性の結晶であるから、結晶軸に対する関係
方位を変えるとその物理的性質が異なってくる。このた
め水晶振動子の結晶軸に対する切り出し方位を変えるこ
とにより種々のタイプの振動子を得ることができる。温
度センサ用振動子は水晶の固有振動数が温度によって変
化する特性を利用するもので、物理量として最も精密に
測定することが可能な周波数を測定して温度の変化を検
出するセンサである。

従って温度センサ用振動子は、その目的上周波数温度特
性について厳しい直線性が求められると共に創出される
各個体間の特性のばらつきを小さく抑えることが製造上
不可欠である。また温度の分解能を大きくするため周波
数の変化量が大きい程センサとして好適である。

このため周波数温度特性に優れた温度センサ用振動子（
以下振動子と記す）の創出が研究されてきた。その−例
として振動子の構成について第４図に示すような結晶軸
Ｚ　（Ｙ）軸とＸ軸の両方に対し角度を有する切り出し
を行って得たＬＣカットのような二重回転振動子をオー
バートーンで使用したり、第５図に示すようなＹカット
振動子が用いられていた。そして、従来のＹカット振動
子における切断角度の変動による温度特性の変化を小さ
く抑えるための切断角度について特開昭６３２００６０
８に開示された「感温性の水晶発振器の結晶」がある。

また一般に小形の振動子の周波数特性は種々の要因によ
り、主振動周波数以外に２次や高次の副振動の影響が関
与する。第３図は平板の周波数温度特性の一例を示した
もので、副振動の影響により周波数の変化は特定の温度
において不連続部を生じている。

Ｄ１発明が解決しようとする課題 しかし、ＬＣカットに代表される二重回転振動子は、周
波数温度特性の直線性には優れているが、製造技術的に
結晶軸Ｚ　（Ｙ）軸とＸ軸の両方に対して角度を有して
切り出すという切断角度管理が難しく、また１次の温度
係数を任意に設定することは困難となる。これは周波数
温度特性が直線性を示すように、２次、３次の温度係数
が１次温度係数と比べて無視できる程度まで小さくなる
切断角度を選択するために、１次温度係数は３０〜３５
ｐｐｍ／’Ｃに限定される。

一方、Ｙカット振動子は１次温度係数を最大的９０ｐｐ
ｍ／’Ｃまで任意に選択できるが、温度係数に対する角
度依存性が大きいため切り出しの際の角度管理が容易で
はない。また振動子が大型の場合には、その周波数温度
特性は略切断角度に依存するのであるが、小型の振動子
の場合には副振動との結合を避けるために、形状を第６
図（ａ）。

（ｂ）に示すように長さ方向の端面をベベル状にしたり
、コンベックス状にすることか′必要となる。

このためベベルまたはコンベックス状に加工を施す際に
切出時の切断角度とのずれが生じ周波数温度特性に悪影
響を与えていた。なお長さ方向の端面だけでなく更に全
周の線部をベベル状またはコンベックス状に加工を施す
ことも行われていた。

本発明は上記課題に鑑み成されたもので、安定した温度
係数を有し且つ直線性に優れた温度特性の温度センサ用
水晶振動子の提供を目的とする。

Ｅ１課題を解決するための手段 本発明は水晶振動子の幅と厚さの比を設定したことを特
徴とするもので、 水晶振動子の幅と厚さの比率か９．０から１０゜５であ
ると共に少なくとも長さ方向の端面をベベル形状あるい
はコンベックス形状に形成したことを特徴とする。

Ｆ６作用 上記手段を用いることにより、副振動による温度係数へ
の影響はベベル状あるいはコンベックス状に端面を加工
することで小さなものとなると共に幅と厚さの比率を一
定範囲に限定することにより１次温度係数のばらつきを
小さくすることが可能となる。

Ｇ、実施例 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

温度センサに用いられる小型の振動子では前述したよう
に副振動の影響を避けるために振動子の形状をコンベッ
クス状、またはベベル状にするのが必至である。そのた
めにコンベックス状またはベベル状にするための加工工
程が加わり、形状による温度係数への影響が関与してく
るため、切断角度は切断工程で生じる誤差ら含めて温度
係数の切断角度依存性の小さい位置を選択することが必
要である。そこで第１図（ａ）に示すような結晶軸Ｘ軸
を中心に任意の角度θで切断した振動子ｌを測定し、夫
々の振動子ｌの切断された板厚方向の伝播する振動モー
ドの１次温度係数（ＴＦＩ）２次温度係数（ＴＦ’２）
、３次温度係数（ＴＦ３）を求めて表！１表２に示した
。

表１ Ｙカットの状態を示している。そこで切断角度θ＝３°
４８′±２′で切断した８　ｍ　／　ｍ口の振動子１を
組み立てて、その周波数温度特性を測定した。

第２図は測定結果を表したもので、横軸は温度（”Ｃ）
を示し、縦軸は周波数偏差（ｐｐｍ）を示している。

次に上記の８　ｍ　／　ｍ口の振動子ｌを組み立てた８
個の製品夫々について、１次の温度係数のばらつきを求
めた測定結果を表３に示す。

なお、 第１図（ｂ）は角度θ＝０の場合、 即ち 表３に明らかなように温度係数のばらつきは９１．０９
ｐｐｍ（ＭＡＸ）−９０，３１ｐｐｍ（ＭｉＮ）＝０．
７８ｐｐｍで、平均値はｘ＝９０．６８ｐｐｍ／’Ｃで
ある。

従って切断角度θを３°４８′±２′で切断すれば、切
断加工誤差、ラッピング加工誤差、切断角測定誤差等の
加工誤差を含めても、１次温度係数は±０．４ｐｐｍ／
’Ｃに収まって、４０℃基準で０℃と８０℃においての
誤差は温度換算で±０゜１８℃の誤差の範囲に収まるこ
とが明らかである。

次に上記の切断角度によって形成した振動子ｌを用いて
小型振動子（短冊振動子）を構成するにあたり、副振動
による温度係数への影響を抑制する端面加工（ベベル状
加工）について実験を行った。即ち端面をベベル状に加
工した振動子１の幅（ｗ）と厚さ（１）の比である辺比
とＩ次温度係数との関係を測定した。このためにベベル
状の試料片を辺比を変えて形成し、夫々について組み立
てて、その測定値上り各辺比の１次近似式を求めて１次
温度係数を求めたものが表４乃至表７である。表４は辺
比（ｗ／１）＝８．８３、表５は辺比（Ｗ／ｌ＞＝９．
１０、表６は辺比（Ｗ／１）＝９．３６、表７は辺比（
ｗ／１）＝１０．５２の場合の値である。

マ＝８７．６６ｐｐ膿／℃　　　　　　マ＝８９．５４
ｐｐ鹸℃Ｍａｘ−Ｍｉｎ＝１．７５ｐｐｍ／ｌ’　　　
　　　　　　Ｍａｘ−Ｍｉｎ＝０．７２ｐｐｍ／ｌ’表
７　ｗ／ｌ＝Ｉ　Ｏ，５２ 丁＝８８．７２ｐｐｍ／ｌ　　　　　　ｘ　Ｊ８．７４
ｐｐｍ／ｌ：Ｍａｘ−Ｍｉｎ＝０．３４ｐｐ＠／ｌ’　
　　　　　Ｍａｘ−Ｍｉｎ＝０．８０ｐｐｍ／’Ｃ従っ
て振動子ｌが辺比（Ｗ／ｌ）を９．０〜１０．５の範囲
で形成されていれば、ベベル等の形状誤差も含めて１次
温度係数のばらつきは±０゜５ｐｐｍ／’Ｃに抑えるこ
とができる。実際の量産の際には、辺比（ｗ／ｌ）のば
らつき±０．０５以内に収めることが可能で、■次温度
係数のばらつきは±０．２ｐｐｍ／’Ｃ程度とすること
ができる。

上記の振動子ｌを単体で用いた時の周波数温度特性とし
て４０℃基準で０℃と８０℃での温度誤差は±０．２７
℃、また直線性からの偏位（誤差）は±１５０ｐｐｍが
得られた。

以上の種々の実験から、周辺端面をベベル状またはコン
ベックス状に加工した小型の振動子においては、切断角
度３°４８′±２′、辺比９．３６のものが最もばらつ
きが小さかった。そして切断角度３°４６′〜３″″５
２′２辺比９．θ〜１０．５が実用上ばらつきの少ない
振動子を得る手段として最適であった。

また上記と同様の実験により、切断角度６９゜３７′〜
６９°４５′の場合も同様に辺比９．０〜１０．５の範
囲がばらつきの少ない振動子を得るのに最適であった。

Ｈ１発明の効果 以」−説明したように本発明は水晶振動子の幅と厚さの
比率を９．０から１０．５とすると共に少なくとも長さ
方向の端面をベベル形状あるいはコンベックス形状に形
成したことにより、第一に副振動の影響が極めて小さく
、かつ温度係数のばらつきの小さい温度センサ用の小型
振動子を容易に得ることが可能となった。

第二に製品の歩留まりが向上すると共に、品質の安定が
図られて製造コストの低減が実現できた。

第三に管理ポイントが簡略、明確となり、製造加工が容
易となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の切断角度を説明する図、第２
図は本実施例の周波数温度特性を示すグラフ、第３図乃
至第６図は従来技術による実施例を説明する図である。 １・・・水晶振動子、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸・・・水晶結晶
軸。 外２名 第３図 水晶振動子温度特性図 周波数 １０．０６３．＋２０．１ Ｃｌンｊ１；１度（’Ｃ） ９．６　　　３９．０ （°Ｃ） 第４図 ＬＣカット 第５図 Ｙカット 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対の平行平面を有する平板より製作され、平行
   平面の主面が結晶のＸ軸を含むと共にＺ軸と３゜４６′
   から３゜５２′あるいは６９゜３７′から６９゜４５′
   の角度を含んで構成される水晶振動子において、 水晶振動子の幅と厚さの比率を９．０から１０．５とす
   ると共に少なくとも長さ方向の端面をベベル形状あるい
   はコンベックス形状に形成したことを特徴とする水晶振
   動子。