JPH0515528U - AT-cut overtone crystal unit - Google Patents

AT-cut overtone crystal unit

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JPH0515528U
JPH0515528U JP6780191U JP6780191U JPH0515528U JP H0515528 U JPH0515528 U JP H0515528U JP 6780191 U JP6780191 U JP 6780191U JP 6780191 U JP6780191 U JP 6780191U JP H0515528 U JPH0515528 U JP H0515528U
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JP
Japan
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crystal
main electrode
overtone
electrode
cut
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JP6780191U
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Japanese (ja)
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喜 源 和 幸
山 光 明 小
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Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
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  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 [目的] ATカットのオーバトーン水晶振動子で、簡
単な構造でコイルを用いることなく無調整発振回路でオ
ーバトーンの周波数で発振することができる。 [構成] 水晶の結晶のX−Z’平面から切り出した厚
みすべり振動を励振される水晶片の表裏板面の中央部に
相対面して面積の大きな主電極を設け、この主電極のX
軸方向の両側部の表裏板面にそれぞれ面積の小さな副電
極を形成し、一方の副電極の対を一方の主電極に接続
し、他方の副電極の対を他方の主電極に接続し、かつ主
電極の単位面積あたりの質量に対して副電極の単位面積
あたりの質量を3倍ないし20倍とする。
(57) [Summary] [Purpose] An AT-cut overtone crystal resonator that has a simple structure and can oscillate at an overtone frequency with an unadjusted oscillator circuit without using a coil. [Structure] A large-area main electrode is provided facing the central portion of the front and back plate surfaces of the crystal piece that is excited by the thickness shear vibration cut out from the XZ 'plane of the crystal of the crystal, and the X of this main electrode is provided.
Sub electrodes with a small area are formed on the front and back plate surfaces on both sides in the axial direction, one pair of sub electrodes is connected to one main electrode, and the other pair of sub electrodes is connected to the other main electrode. In addition, the mass per unit area of the auxiliary electrode is set to 3 to 20 times the mass per unit area of the main electrode.

Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the device]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】[Industrial applications]

本考案は、無調整発振回路を用いてオーバトーンの発振を容易に行えるATカ ットのオーバトーン水晶振動子に関する。 The present invention relates to an AT-cut overtone crystal resonator that can easily oscillate overtone using an unadjusted oscillator circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】[Prior Art]

近時、多くの電子機器では周波数、時間等の基準として圧電振動子、たとえば 水晶振動子を多用している。特に水晶振動子は製造技術の進歩により安価で高性 能なために大量に製造され使用されている。 このような水晶振動子の振動モードには屈曲振動、たわみ振動、厚み振動等種 々の振動モードがある。そして共振周波数が、MHzオーダーの水晶振動子では 、主に厚みすべり振動モードが用いられている。このような厚みすべり振動モー ドで励振する水晶振動子の共振周波数は水晶片の厚みに逆比例する。したがって 、たとえば共振周波数が10MHzの振動子の厚みは約0.167mm、共振周 波数が30MHzの振動子の厚みは約0.056mmになる。すなわち、共振周 波数に逆比例して水晶片の厚みは薄くなり周波数が高くなるとともに水晶片の強 度、加工等の問題から製作は極めて困難になる。 このために共振周波数の高い水晶振動子を必要とする場合はオーバトーンのモ ードを使用することが行われている。オーバトーンのモードでは、略基本波の共 振周波数の奇数倍の周波数で共振し、一般に3次、5次、7次等のモードが使用 され、次数は発振回路の定数、たとえば出力側の同調回路の定数によって決定さ れる。 しかしながら、このようなオーバトーンの発振回路では基本波の共振を回路的 に抑圧するために同調回路を設けるのでコイル、すなわちインダクタンスを必要 とする。しかしながら同調回路の特にインダクタンスを小型化することは困難で あり、しかも調整を必要とする問題があった。 Recently, many electronic devices use piezoelectric vibrators, such as crystal oscillators, as a reference for frequency and time. In particular, crystal oscillators are manufactured and used in large quantities because they are inexpensive and highly efficient due to advances in manufacturing technology. Vibration modes of such a crystal unit include various vibration modes such as bending vibration, flexural vibration, and thickness vibration. In a crystal unit with a resonance frequency of MHz order, the thickness shear vibration mode is mainly used. The resonance frequency of the crystal unit excited by such a thickness shear vibration mode is inversely proportional to the thickness of the crystal piece. Therefore, for example, the thickness of a vibrator having a resonance frequency of 10 MHz is about 0.167 mm, and the thickness of a vibrator having a resonance frequency of 30 MHz is about 0.056 mm. In other words, the thickness of the crystal piece becomes thinner and the frequency becomes higher in inverse proportion to the resonance frequency, and it becomes extremely difficult to manufacture due to problems such as the strength and processing of the crystal piece. For this reason, when a crystal unit with a high resonance frequency is required, an overtone mode is used. In the overtone mode, resonance occurs at a frequency that is an odd multiple of the resonance frequency of the fundamental wave, and modes such as the 3rd, 5th, and 7th modes are generally used. The order is the constant of the oscillator circuit, for example, tuning on the output side. Determined by the circuit constants. However, such an overtone oscillator circuit requires a coil, that is, an inductance because a tuning circuit is provided to suppress the resonance of the fundamental wave in a circuit manner. However, it is difficult to reduce the inductance of the tuning circuit in particular, and there is a problem that adjustment is required.

【0003】 ところで近年、発振回路を小形化し、無調整化し、かつ長期間にわたって高い 周波数精度を維持するために、たとえば水晶振動子と集積回路を一体化して無調 整水晶発振回路を構成した超小型発振器が大量に製造され、使用されている。し かして、このような構成の発振回路は同調回路を有しないためにオーバトーンの モードを利用することはできない。このため最高発振周波数は水晶片の加工上の 限界から、一般的には30MHz程度に制限されることになる。 しかして、基本波振動モードを抑圧することによって無調整発振回路を用いて オーバトーンの周波数で発振させることができる水晶振動子がいくつか提案され ている。 たとえば基本波の振動エネルギーを水晶片の支持部へ伝達して減衰させること により基本波振動モードを抑圧するものがある。しかしながらこのようなもので は水晶片の支持部と電極との間の間隔のばらつき等のために周波数の調整が著し く困難な問題がある。 また電極を水晶片の周縁へ偏在させ、あるいは電極の寸法を水晶片の寸法に略 同じにする等によって基本波振動モードを抑圧することも考えられている。しか しながらこのようなものでも充分に基本波振動を抑圧できない問題があった。By the way, in recent years, in order to miniaturize the oscillation circuit, make it unadjusted, and maintain high frequency accuracy for a long period of time, for example, a crystal oscillator and an integrated circuit are integrated to form an unadjusted crystal oscillation circuit. A large number of small oscillators are manufactured and used. However, the oscillator circuit having such a configuration cannot use the overtone mode because it does not have a tuning circuit. For this reason, the maximum oscillating frequency is generally limited to about 30 MHz due to the processing limit of the crystal piece. Therefore, some crystal oscillators have been proposed that can oscillate at an overtone frequency by using an unadjusted oscillator circuit by suppressing the fundamental vibration mode. For example, there is one that suppresses the fundamental vibration mode by transmitting and attenuating the vibration energy of the fundamental wave to the support part of the crystal element. However, in such a case, there is a problem that the frequency adjustment is extremely difficult due to variations in the distance between the support of the quartz piece and the electrodes. It is also considered to suppress the fundamental wave vibration mode by making the electrodes unevenly distributed on the periphery of the crystal piece, or by making the size of the electrode approximately the same as the size of the crystal piece. However, there is a problem that even such a thing cannot sufficiently suppress the fundamental vibration.

【0004】[0004]

【考案が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the device]

本考案は、上記の事情に鑑みてなされたもので、コイルを用いることなく無調 整発振回路でオーバトーンの周波数で発振することができ、構造も簡単なATカ ットのオーバトーン水晶振動子を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to oscillate at an overtone frequency with an unadjusted oscillation circuit without using a coil, and an AT tone overtone crystal vibration with a simple structure is also possible. The purpose is to provide children.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

本考案は、水晶の結晶のX−Z’平面から切り出した厚みすべり振動を励振さ れる水晶片の表裏板面の中央部に相対面して面積の大きな主電極を設け、この主 電極のX軸方向の両側部の表裏板面にそれぞれ面積の小さな副電極を形成し、一 方の副電極の対を一方の主電極に接続し、他方の副電極の対を他方の主電極に接 続し、かつ主電極の単位面積あたりの質量に対して副電極の単位面積あたりの質 量を3倍ないし20倍としたことを特徴とするものである。 According to the present invention, a main electrode having a large area is provided facing the central portion of the front and back plate surfaces of a crystal piece that excites thickness shear vibration cut out from the XZ 'plane of the crystal of the crystal, and the main electrode X Sub electrodes with a small area are formed on the front and back plate surfaces on both sides in the axial direction, one sub electrode pair is connected to one main electrode, and the other sub electrode pair is connected to the other main electrode. In addition, the mass per unit area of the sub-electrode is 3 to 20 times the mass per unit area of the main electrode.

【0006】[0006]

【実施例】【Example】

以下、本考案の一実施例を図1に示す水晶振動子の電極構造を示す平面図、図 2に示す図1のA−A線矢示断面図を参照して詳細に説明する。 図中1は、水晶の結晶をその結晶軸に対して所定角度に切断したX−Z’平面 から丸板状に成形したATカットの厚みすべり水晶片である。なお、この水晶片 1は基本波の振動を抑圧してオーバトーンの振動を励振し易くするために周縁部 は面取りを行わないようにしている。 そして、この水晶片1の表裏板面の中央部に反転対称に面積の大きな主電極2 を形成している。この主電極2は正方形もしくは円形である。そして、この主電 極2のX軸方向の両側部に所定の間隙を存して面積の小さな帯状の副電極3を配 設している。この副電極3は、それぞれ表裏板面に相対面して形成し相対面する 一方の副電極の組を一方の主電極に接続し、他方の副電極の組を他方の主電極に 接続している。 これらの主電極2および副電極3は、たとえば真空蒸着等によって形成した金 属の薄膜である。しかして、主電極の単位面積あたりの質量に対して副電極の単 位面積あたりの質量を3倍ないし20倍としている。 このために副電極は基本波の共振を抑圧するように、たとえば金等の比重の大 きな金属によって形成し、また主電極はオーバトーンの共振を効率よく励振でき るように比重の小さなアルミ等の金属を用いて形成し、かつ上述の単位面積あた りの質量を満たすようにそれぞれの厚みも調整するようにしている。 An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to a plan view showing an electrode structure of a crystal unit shown in FIG. 1 and a sectional view taken along the line AA of FIG. 1 shown in FIG. In the figure, reference numeral 1 is an AT-cut thickness-slipped quartz crystal piece formed into a round plate from an X-Z 'plane obtained by cutting a quartz crystal at a predetermined angle with respect to its crystal axis. In addition, in order to suppress the vibration of the fundamental wave and to easily excite the vibration of the overtone, the crystal piece 1 is not chamfered at the peripheral portion. Then, the main electrode 2 having a large area is formed in the center of the front and back plate surfaces of the crystal piece 1 in an inverted symmetrical manner. The main electrode 2 is square or circular. Then, band-shaped sub-electrodes 3 each having a small area are arranged on both sides of the main electrode 2 in the X-axis direction with a predetermined gap. The sub-electrodes 3 are formed so as to face the front and back plates, respectively, and one sub-electrode set facing each other is connected to one main electrode, and the other sub-electrode set is connected to the other main electrode. There is. The main electrode 2 and the sub electrode 3 are metal thin films formed by, for example, vacuum deposition. Therefore, the mass per unit area of the auxiliary electrode is set to 3 to 20 times the mass per unit area of the main electrode. For this reason, the sub-electrode is made of a metal having a large specific gravity, such as gold, so as to suppress the resonance of the fundamental wave, and the main electrode is made of an aluminum having a small specific gravity so that the overtone resonance can be efficiently excited. It is formed by using a metal such as, and the thickness of each is adjusted so as to satisfy the mass per unit area described above.

【0007】 ところでATカットの厚み滑り水晶振動子では、オーバトーンの振動変位は水 晶片の中央部分に遍在するのに比して基本波の振動変位は水晶片の板面の全面に 存在する。さらにこれらの振動変位を水晶の軸方向について見ると図3に示す等 変位面の平面図のようにX軸方向では大きな変位4を生じるのに比してZ’軸方 向の変位は小さい。 したがって水晶片の板面の大きな変位を生じているX軸方向に質量の大きな副 電極を配置すると、オーバトーンの振動はほとんど影響を受けないのに比して基 本波の振動は著しく抑制される。 しかして副電極の単位面積あたりの質量が主電極のそれの3倍よりも少ないと 基本波の振動を充分に抑圧できないので下限を3倍とし、20倍を越えるように すると副電極の質量が大きくなりすぎてオーバトーンの振動も阻害するために上 限を20倍とする。 このような構造で、直径5.5mmの丸板の水晶片を用いて3次オーバトーン で共振周波数44MHzの水晶振動子の特性を測定したところ基本波振動のクリ スタルインピーダンスは平均400Ωであり、3次オーバトーンのそれの平均は 25Ωであった。 したがって、コイルを用いない無調整発振回路によってオーバトーンの周波数 で発振させることができ、たとえば集積回路化した無調整発振回路と組み合わせ ることによって形状も小型で無調整で周波数の高い発振出力の発振器を得られる 。そして振動子の電極構造も簡単なために設計も容易で量産に適し産業的に極め て有用な水晶振動子を得ることができる。By the way, in the AT-cut thickness-slip crystal oscillator, overtone vibrational displacement is ubiquitous in the central portion of the crystal piece, whereas fundamental wave vibrational displacement is present over the entire plate surface of the crystal piece. .. Further, when these vibration displacements are viewed in the axial direction of the crystal, a large displacement 4 is generated in the X-axis direction as shown in the plan view of the equal displacement surface shown in FIG. 3, whereas the displacement in the Z'-axis direction is small. Therefore, if a sub-electrode with a large mass is placed in the X-axis direction, which causes a large displacement of the plate surface of the crystal element, the vibration of the overtone is hardly affected, while the vibration of the fundamental wave is significantly suppressed. It However, if the mass per unit area of the sub-electrode is less than 3 times that of the main electrode, the vibration of the fundamental wave cannot be suppressed sufficiently, so the lower limit is set to 3 times, and if it exceeds 20 times, the mass of the sub-electrode is The upper limit is set to 20 times in order to prevent the vibration of overtone because it becomes too large. With this structure, we measured the characteristics of a crystal unit with a resonance frequency of 44 MHz at the third overtone using a 5.5 mm diameter round crystal plate, and the crystal impedance of the fundamental wave vibration was 400 Ω on average. Its average for the third overtone was 25Ω. Therefore, it is possible to oscillate at an overtone frequency by using an unadjusted oscillator circuit that does not use a coil. Can be obtained. Since the electrode structure of the oscillator is simple, it is easy to design and suitable for mass production, and it is possible to obtain a crystal oscillator that is extremely useful industrially.

【0008】[0008]

【考案の効果】[Effect of the device]

以上詳述したように、本考案の水晶振動子を用いれば無調整発振回路を用いて オーバトーンの発振を行うことができ、集積回路化した発振回路と組み合わせて 形状の小型な発振器を構成することができるATカットのオーバトーン水晶振動 子を提供することができる。 As described above in detail, if the crystal oscillator of the present invention is used, overtone oscillation can be performed using an unadjusted oscillator circuit, and a compact oscillator with a compact shape can be configured by combining with an oscillator circuit integrated. It is possible to provide an AT-cut overtone crystal resonator that can be used.

【0009】[0009]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本考案の一実施例の水晶振動子の電極構造を示
す平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing an electrode structure of a crystal resonator according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1のA−A線矢示断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.

【図3】図1に示す水晶振動子の板面の振動変位を説明
する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating vibration displacement of a plate surface of the crystal unit shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 水晶片 2 主電極 3 副電極 1 Crystal piece 2 Main electrode 3 Sub electrode

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】水晶の結晶のX−Z’平面から切り出した
厚みすべり振動を励振される水晶片の表裏板面の中央部
に相対面して面積の大きな主電極を設け、この主電極の
X軸方向の両側部の表裏板面にそれぞれ面積の小さな副
電極を形成し、一方の副電極の対を一方の主電極に接続
し、他方の副電極の対を他方の主電極に接続し、かつ主
電極の単位面積あたりの質量に対して副電極の単位面積
あたりの質量を3倍ないし20倍としたことを特徴とす
るATカットのオーバトーン水晶振動子。
1. A main electrode having a large area is provided so as to face a central portion of front and back plate surfaces of a crystal piece that is excited by a thickness shear vibration cut out from an XZ 'plane of a crystal of quartz. Sub electrodes with small areas are formed on the front and back plate surfaces on both sides in the X-axis direction, one pair of sub electrodes is connected to one main electrode, and the other pair of sub electrodes is connected to the other main electrode. An AT-cut overtone crystal resonator, wherein the mass per unit area of the auxiliary electrode is 3 to 20 times that of the main electrode.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2018074271A (en) * 2016-10-26 2018-05-10 日本電波工業株式会社 Piezoelectric device

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