JPH06268462A - Ns−gtカット水晶振動子の周波数調整方法 - Google Patents

Ns−gtカット水晶振動子の周波数調整方法

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JPH06268462A
JPH06268462A JP5052480A JP5248093A JPH06268462A JP H06268462 A JPH06268462 A JP H06268462A JP 5052480 A JP5052480 A JP 5052480A JP 5248093 A JP5248093 A JP 5248093A JP H06268462 A JPH06268462 A JP H06268462A
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JP
Japan
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temperature coefficient
frequency
adjusting
crystal resonator
cut
Prior art date
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Pending
Application number
JP5052480A
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English (en)
Inventor
Hirofumi Kawashima
宏文 川島
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Seiko Electronic Components Ltd
Original Assignee
Seiko Electronic Components Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
    • H03H3/04Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks for obtaining desired frequency or temperature coefficient

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 NS−GTカット水晶振動子の結合状態を変
化させることにより、周波数温度特性に極めて優れた振
動子を提供することにある。 【構成】 規格化周波数と一次温度係数の関係より規格
化周波数を調整して一次温度係数がほとんど零になるよ
うにする工程からなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、結合水晶振動子、とり
わけ振動部を支持部から成るGTカット水晶振動子(以
下、NS−GTカット振動子と呼ぶ)の周波数調整方法
に関する。特に、本発明は周波数温度特性(以下、単に
温度特性と呼ぶ)に極めて優れたGTカット水晶振動子
を得る調整方法に関する。
【0002】
【従来の技術】最近はICの技術を応用したフォトリソ
グラフィ法による振動子の形成方法が振動子製造に応用
され、その結果、大変に小型の振動子を提供することが
できるようになった。例えば、振動子の厚みを大変に薄
くすることができる温度特性に優れたNS−GTカット
振動子に応用され非常に小型のものが可能になった。し
かしながら、NS−GTカット振動子は良好な温度特性
を得るためには、二つの振動モード、すなわち、主振動
と副振動の結合を利用している。それゆえ、温度特性は
主振動と副振動の共振周波数の差と各々の振動の強さに
よって決定される。特に、主振動と副振動の振動の強さ
の比が異なると、良好な温度特性を与える共振周波数の
差も異なり、共振周波数の差を各振動子ごとに合わせ込
む必要がある。そのために、調整時間が長く、コストア
ップの要因となり、この方式は量産用としては不向き
で、このタイプの振動子が多用されない原因の一つであ
った。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、温
度特性に極めて優れたNS−GTカット振動子を短時間
で、しかも、容易に得られないという課題が残されてい
た。換言するならば、安価な振動子が得られないという
ことである。
【0004】
【課題を解決するための手段】NS−GTカット水晶振
動子の長さ方向の両端部の少なくとも一端部に、温度特
性調整用錘を付着してNS−GTカット水晶振動子の周
波数温度係数を調整する方法であって、あらかじめ振動
子の一次温度係数を目標値より偏位させた特性を有する
振動子を形成する工程と、規格化周波数と一次温度係数
の関係より規格化周波数を調整して一次温度係数がほと
んど零になるようにする工程から成るように構成して課
題を解決している。
【0005】
【作用】規格化周波数と一次温度係数との間には一定の
関係がある。それゆえ、この規格化周波数を調整するこ
とにより一次温度係数を大略零にすることができる。そ
の結果、温度特性が極めて優れたNS−GTカット水晶
振動子が得られる。
【0006】
【実施例】次に、本発明を実施例に基づいて具体的に述
べる。図1は、本発明に適用するNS−GTカット振動
子の形状と電極の一例を示す。図1(A)は正面図を、
図1(B)は上面図を示す。水晶1の表裏面には電極
2、3が配置され、両電極間に交番電圧を印加すること
によって容易に振動子を励振することができる。
【0007】図2は、本発明に適用されるNS−GTカ
ット振動子の電気的等価回路を示す。主振動の直列アー
ム(L11,C11,R11)と副振動の直列アーム(L22
22,R22)および結合容量Cmと並列容量Coから回
路は構成される。それゆえ、この等価回路から二つの振
動モードが結合したNS−GTカット振動子の共振周波
数が得られる。以下、詳細に記述すると同時に温度特性
の調整原理をも詳述する。
【0008】図2の電気的等価回路はインピーダンスΖ
で表わすことができる。すなわち、実数部Rei(i=
1,2)と虚数部jxeの和で表わせる。また水晶振動
子の機械的損失抵抗R11とR22は非常に小さいので、R
11≒R22≒0とすると、Xeは、
【0009】
【数1】
【0010】但し、f1 とf2 は主振動と副振動の非結
合時の共振周波数である。
【0011】
【数2】
【0012】で表わされる。それゆえ、結合時の主振動
と副振動の共振周波数をf+ , - とすると、式(数
1)より以下の関係式が得られる。
【0013】
【数3】
【0014】ここで、K2m =C1 2 /C2 mで与えら
れ、Kmは結合係数と呼ばれる。式(数3)を温度tで
1回微分し、・≡∂/∂tで表わすと、非結合時の主振
動と副振動の一次温度係数α1 ,α2 と結合時の主振動
と副振動の一次温度係数α+,α- 及び結合係数の一次
温度係数αKmと結合係数Km の関数として支えられるK
は、
【0015】
【数4】
【0016】で支えられる。式(数3)と式(数4)よ
り以下の重要な関係が得られる。即ち 、 α+ +α- =α1 +α2 −KαKm (5) α+ とα- の和は一定値となる。ここで新しく周波数比
MPとRを採用し、fMP=f- /f+ ,R=f2 /f-
とすると、式(5)のα+ は、
【0017】
【数5】
【0018】のように変形される。さらに、新しく規格
化周波数δを以下のように定義する。
【0019】
【数6】
【0020】それゆえ、式(数6)は、
【0021】
【数7】
【0022】で表わされる。周波数比fMPの少しの変化
に対してmとnは一定値を持つ。従って、傾きmが決ま
れば、α+ =0のときのfMPは容易に式(数7)から計
算できる。後述するように、実験にて、mは算出され
る。以下、温度係数の調整方法を調整原理に基づいて説
明する。
【0023】図3は、本発明に適用されるNS−GTカ
ット振動子4とα+ を調整するために蒸着法によって付
着される錘り5、6の位置を示す。錘り5、6は振動子
の支持部7、8を有する長さ方向の両端部に配置され
る。この錘りは片方1箇所でも良い。この位置に錘り
5、6を設けることにより、結合時の副振動の共振周波
数f- を著しく変化させることができる。本実施例で
は、幅方向の中央部に設けたが、これらの錘りは幅方向
に少しズラして4個設けても同じ効果を有する。
【0024】図4は、錘り5、6を付加したときの錘り
量に対する周波数の変化を示す。図4から明らかなよう
に、f- が大きく変化し、f+ はほとんど変化しないこ
とが分かる。この関係の錘り5、6によって、主振動と
副振動間の結合状態を変化させることを意味している。
換言するならば、α+ の調整を可能にする。
【0025】図5は、規格化周波数δと結合時の主振動
の一次温度係数α+ との関係である。調整原理の説明の
際に述べたように、α+ とδは比例関係にあり、その傾
きmは大略一定値を持つ。例えば、本振動子の周波数f
=2.1MHzの場合、m=75×10-7/℃の位置を
有する。以下調整結果を示す。
【0026】図6は、エッチング法によって形成された
NS−GTカット振動子の周波数温度特性の5個の例を
示す。−30〜+85℃の広い温度範囲で周波数変化が
±20ppm以内に入るように、しかも、α+ は正値を
持つように、あらかじめ偏位した特性を有するように振
動子は設けられている。一般的にはα+ は1〜3×10
-7/℃の値をもつように設けられる。一方、この時の二
次、三次温度係数β+,α+ はその絶対値で、5×10
-10 /℃2 と6×10-13 /℃3 より小さくなる。それ
ゆえ、α+ を近似的に零にすることにより、さらに温度
特性に優れたNS−GTカット振動子が期待できる。
【0027】図7は、本発明の方法によって一次温度特
性α+ を近似的に零に調整したときの周波数温度特性の
5個の例を示す。−30〜85℃の広い温度範囲にわた
って、周波数変化が±1.0ppm以内と温度特性に極
めて優れたNS−GTカット振動子を得ることができ
た。
【0028】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の温度係数の
調整方法を提案することにより、次の著しい効果を有す
る。 (1)一次温度係数α+ と規格化周波数δは比例関係に
あるのでα+ =0となるδが容易に算出でき、このδの
調整により、温度特性に極めて優れたNS−GTカット
振動子が得られる。 (2)規格化周波数δの調整は非常に簡単にできるの
で、安価な振動子が得られる。 (3)蒸着法による調整は振動子に損傷を与えないの
で、機械的損失抵抗の小さい、Q値の高い振動子が得ら
れる。同時に、エージング特性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に適用されるNS−GTカット振動子の
形状と電極の一例を示すもので、(A)は正面図、
(B)は上面図を示す。
【図2】本発明に適用されるNS−GTカット振動子の
電気的等価回路を示す。
【図3】本発明に適用されるNS−GTカット振動子と
一次温度特性α+ を調整するために付着される錘りの位
置を示す。
【図4】錘り量に対する主振動と副振動の共振周波数の
変化を示す。
【図5】規格化周波数δと一次温度係数α+ との関係を
示す。
【図6】エッチング法によって形成されたNS−GTカ
ット振動子の周波数温度特性の5個の例を示す。
【図7】本発明の方法によって調整された周波数温度特
性の5個の例を示す。
【符号の説明】
1 水晶 2、3 電極 4 振動子 5、6 錘り 7、8 支持部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 NS−GTカット水晶振動子の長さ方向
    の両端部の少なくとも一端部に、温度特性調整用錘を付
    着してNS−GTカット水晶振動子の周波数温度係数を
    調整する方法であって、あらかじめ、振動子の一次温度
    係数を目標値より偏位した特性を有する振動子を形成す
    る工程と、規格化周波数と一次温度係数の関係より規格
    化周波数を調整して一次温度係数がほとんど零になるよ
    うにする工程とからなるNS−GTカット水晶振動子の
    周波数調整方法。
JP5052480A 1993-03-12 1993-03-12 Ns−gtカット水晶振動子の周波数調整方法 Pending JPH06268462A (ja)

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US08/205,946 US5469010A (en) 1993-03-12 1994-03-03 Method of adjusting frequency of NS-GT cut quartz resonator
EP94301807A EP0615338B1 (en) 1993-03-12 1994-03-14 Method of adjusting frequency of NS-GT cut quartz resonator
DE1994618636 DE69418636T2 (de) 1993-03-12 1994-03-14 Verfahren zur Abstimmung der Frequenz von einem in NS-GT-Richtung geschnittenen Quarzresonator

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EP0615338B1 (en) 1999-05-26
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