JPH0622311B2 - 輪郭すべり水晶振動子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は温度を計測するために温度センサーとして使用
する温度センサー輪郭すべり水晶振動子に関する。特
に、周波数温度に対して直線性に優れている輪郭すべり
水晶振動子の切断角とその形状に関する。

〔発明の概要〕

本発明は輪郭すべり水晶振動子を温度計測の温度センサ
ーとして使用する場合、温度計測を高精度、且つ、広温
度範囲にわたって行える振動子の最適切断角度、及び、
小型で、耐衝撃性に優れ、低消費電力の新形状の輪郭す
べり水晶振動子を提供することにある。

〔従来の技術〕

温度計測はあらゆる物理計測の基礎となすものであり、
種々様々な方法が提案、実用化されてきた。一般的には
構造、計測が簡単で最も多用されている熱電対方式があ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、最近は装置の小型化、低消費電力化、軽
量化と一緒に、温度計測の広い温度範囲で、且つ、高精
度化が要求されてきている。前記した熱電対方式は電圧
温度特性で１℃当たりの電圧が小さく、即ち、感度は悪
いために温度計測の精度に限界があった。更に、低温側
から高温側まで広い温度範囲にわたって１つの熱電対で
高精度に温度計測することは大変に難しかった。このよ
うに、従来の熱電対方式では最近の要望に充分に応えら
れないのが実情である。又、厚みすべり振動モードを使
用した温度センサーが提案されているが、周波数が高い
ために消費電力が多く、又、振動子サイズが大きく衝撃
に弱く、支持方法が難しい等の欠点があった。そこで、
本発明は前記の欠点を改善する温度計測用の新センサー
を提案するものであり、特に、周波数が２ＭHz前後と比
較的低い輪郭すべり水晶振動子を提供するものである。
換言するならば、小型で、耐衝撃性、信頼性に優れ、高
精度計測ができ、且つ、低消費電力の温度計測用輪郭す
べり水晶振動子を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は本発明の輪郭すべり水晶振動子形状の一実施例
を示す。水晶１の振動部５の上下面には励振電極２が配
置され、この電極により振動子を励振する。又、水晶１
の振動部５は支持部３と接続部４を介して接続、化学的
エッチングによって一体成形されている。第１図は両端
支持部が基部６で一ヶ所で接続されている場合である。
そして基部６で電極取り出し用のリード線（図示されて
いない。）に接続される。このと支持部３には電界が働
かないように電極は構成されている。

更に詳述すると、励振電極２の一方は片側の支持部へ延
びて配置され、他方の電極２はもう一方の支持部へ延び
ている。そして、支持部３では電界が働かないように、
電極は構成されている。又第２図は本発明の輪郭すべり
水晶振動子形状の他の実施例を示す。振動子は第１図の
振動子と同様に振動部と支持部とからなり、振動部５に
配置された電極２は第１図と全く同様に配置さている。

更に、この電極２の一方は片側の支持部へ延びて配置さ
れ、他方の電極２はもう一方の支持部へ延びている。そ
して、支持部３では電界が働かないように電極は第１図
と同様に構成されている。しかし、第２図の実施例は支
持部３の形状が若干異なり、支持部３にはマウント部７
を設け、この両端部でセラミック等の台座にマウントさ
れる。

又、第１図、第２図のＸ、Ｙ′、Ｚ′軸は座標回転後の
水晶の電気軸、機械軸、光軸を示す。

このように、振動部と支持部を一体に形成することによ
って、耐衝撃性を改善し、小型化を図ると同時に、振動
子の振動部の幅と長さを約1.56mmとすると周波数が約２
ＭHzとなり、低いので低消費電力化が可能となった。第
１図、第２図では励振電極形状を円形に選んだが、振動
部全面に電極を配置しても円形電極と同様に優れた電気
的特性が得られることは言うまでもない。

次に周波数温度特性について説明する。論理的解析は矩
形板で行った。第５図は本発明振動子の座標系と切断方
法を示す。即ち、水晶板８は幅ｗ、長さｌは各々Ｚ軸、
Ｘ軸方向に、そして板厚はＹ軸と垂直となるようにと
る。

すると、矩形板の周波数方程式は近似的に以下の式で与
えられる。

ここで、ρと水晶の密度、Ｓ′₅₅は座標回転後の弾性コ
ンプライアンス、ｍ、ｎは振動次数によって決まる定数
で基本波のときにはｍ＝ｎ＝１である。式(1)の周波数
は温度の関数であるから、任意の温度、ここでは２５
℃にてTayior展開をして１次温度係数αと２次温度係数
βをカット角θの関数として求めることができる。第３
図はその計算結果と実験値を示す。横軸にカット角θと
縦軸にα、βを示す。又、実線は計算値で、○、×印は
実験値である。本計算によるとβ＝０となるカット角θ
は計算値で約47.9゜、実験値で約47.5゜であり、このと
きのαはそれぞれ55.0ppm/℃と、40.5ppm/℃であった。
それ故、計算と実験で直線性に優れた温度センサーを開
発することができた。

本発明の直線性を有する輪郭すべり水晶振動子はθ＝４
７．５゜で最良であるが、実際にはβがばらつく、β＝
０が好ましいが、本発明ではβのバラツキを含め、直線
性を十分に有する振動子を得るにはカット角が４６゜〜
５３゜であれば十分である。第４図は本発明の輪郭すべ
り水晶振動子の一実施例を示す。振動子の幅ｗと長さｌ
はそれぞれ1.56mm、カット角θは５０゜のときの一例で
このときのαは約５０ppm/℃であった。第３図から明ら
かなように、広い温度範囲にわたって直線性に優れた輪
郭すべり水晶振動子を得ることができた。

〔作用〕

このように、本発明は輪郭すべり水晶振動子のカット角
θを最適に選ぶことによって周波数温度特性において、
直線性に優れた温度センサーを得るものである。この結
果、広い温度範囲にわたって高精度の温度計測を可能に
する。同時に、新形状の輪郭すべり水晶振動子は小型
化、耐衝撃性に優れる特長を有するので小型機器等に最
適である。

〔実施例〕 以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図は本発明の輪郭すべり水晶振動子の形状の一実施例を
示す。振動子のＸ軸方向に２つの支持部を有し、振動部
の長さｌ（図示されていない）又、幅方向はＺ′軸方向
と一致するように設けられている。水晶１の振動部５の
上下面に励振電極２が配置され、各電極は異なった支持
部の方向に延びている。この両電極間に交流電圧を印加
することによって容易に振動を引き起こすことができ
る。又、水晶１の振動部５は支持部３と接続部４を介し
て一体に形成されている。更に、両端支持部３は中央の
基部６で接続されている。一方、第２図は本発明の他の
実施励で振動部５の両端に支持部３が接続部４を介して
接続されている。更に支持部はマウント部７を設け、こ
こで台座に固定される。第４図は本発明の輪郭すべり水
晶振動子の幅と長さがそれぞれ1.56mm、θ＝５０のとき
の周波数温度特性の一実施例である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明は輪郭すべり水晶振動子の新
しい形状を提案することにより、小型で耐衝撃性に優
れ、且つ、低周波数であるので消費電力が少ないという
効果を有する。又、振動子の切断角度を最適に選ぶこと
により、周波数温度特性間において広い温度範囲にわた
り直線性に優れた水晶温度センサーを得ることができる
ので、高精度の温度計測を広温度範囲にわたってできる
効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の輪郭すべり水晶振動子形状と電極配置
の一実施例を示す側面図と平面図、第２図は本発明の輪
郭すべり水晶振動子形状と電極配置の他の実施例を示す
側面図と平面図、第３図は本発明の輪郭すべり水晶振動
子の計算と実験による１次温度係数α、２次温度係数β
とカット角θとの関係を示す図、第４図は本発明の輪郭
すべり水晶振動子の周波数温度特性の一例を示す図、第
５図は本発明の振動子の座標系と切断方法を示す斜視図
である。 １……水晶、２……励振電極 ３……支持部、４……接続部 ５……振動部、６……基部 ７……マウント部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】輪郭すべり水晶振動子において、前記水晶
   振動子は振動部と支持部からなり、振動部上下面には励
   振電極を配置し、且つ、一方の支持部には片面にのみ、
   又、他の一方の支持部には前記一方の支持部と反対面に
   のみ励振電極と接続する電極を配置し、該振動子は、電
   気軸（Ｘ軸）に垂直な面に応力を印加したときに＋電荷
   の発生する方向をＸ軸の正方向と定義して、Ｘ軸の正方
   向を手前にして、Ｙ板をＸ軸を回転軸として右水晶の場
   合は反時計まわりに、左水晶の場合は時計まわりに46゜
   〜53゜回転した板から形成され、当該振動子は化学的エ
   ッチングによって形成されていることを特徴とする輪郭
   すべり水晶振動子。