JPH0640612B2 - 圧電振動子 - Google Patents
圧電振動子Info
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- JPH0640612B2 JPH0640612B2 JP61070953A JP7095386A JPH0640612B2 JP H0640612 B2 JPH0640612 B2 JP H0640612B2 JP 61070953 A JP61070953 A JP 61070953A JP 7095386 A JP7095386 A JP 7095386A JP H0640612 B2 JPH0640612 B2 JP H0640612B2
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- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 4
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Classifications
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- 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
- H03H9/02007—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
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- 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
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は振動板と電極とを具える圧電振動子に関するも
のであり、特に基本波振動が発振しにくく、高調波振動
が発生し易い圧電振動子に関するものである。
のであり、特に基本波振動が発振しにくく、高調波振動
が発生し易い圧電振動子に関するものである。
（従来の技術） 圧電振動子の振動モードには、たわみ振動、拡がり振
動、厚み縦振動、厚みすべり振動があるが、メガヘルツ
オーダー以上の高い振動数を得るためには、一般に厚み
すべり振動が用いられる。この厚みすべり振動モードの
基本周波数は、圧電材料より成る振動板の厚さに逆比例
し、例えば水晶振動板ＡＴ−カットを用いる場合、その
厚さは10MHzでは0.167 mm、30MHz では0.056 mmであ
る。したがって、高い周波数の振動子を得るには薄い振
動板を用いればよいが、０．１mm以下の薄い振動板を精
度および歩留りをよく加工することは困難である。この
ため、従来は20MHz 以上の高い周波数を得るためには、
基本波ではなく高調波、例えば３次高調波を利用するの
が一般的である。
動、厚み縦振動、厚みすべり振動があるが、メガヘルツ
オーダー以上の高い振動数を得るためには、一般に厚み
すべり振動が用いられる。この厚みすべり振動モードの
基本周波数は、圧電材料より成る振動板の厚さに逆比例
し、例えば水晶振動板ＡＴ−カットを用いる場合、その
厚さは10MHzでは0.167 mm、30MHz では0.056 mmであ
る。したがって、高い周波数の振動子を得るには薄い振
動板を用いればよいが、０．１mm以下の薄い振動板を精
度および歩留りをよく加工することは困難である。この
ため、従来は20MHz 以上の高い周波数を得るためには、
基本波ではなく高調波、例えば３次高調波を利用するの
が一般的である。
この場合、１つの振動子は基本波振動および高調波振動
のどちらでも振動することができるので、目的とする高
調波発振を得るためには、通常周波数選択性を持たせた
発振回路のコイルやコンデンサを可変させている。この
関係を第８図を参照して更に詳しく説明する。第８図は
水晶振動板を用いた圧電振動子１とこれに接続された発
振回路２との開発を説明するための模式図である。水晶
振動子１は、発振回路２の負荷抵抗３と、水晶振動子の
両端子から発振回路側を見た場合の実効的な負荷容量４
とに直列に接続されている。このような回路において水
晶振動子を確実に発振させるためには水晶振動子１のイ
ンピーダンスと負荷容量４との直列回路の直列共振抵抗
（等価直列抵抗という）に対して負荷抵抗３を十分大き
くとる必要がある。そこで厚みすべりモードの圧電振動
子１が安定な高調波振動をするには、圧電振動子１の高
調波振動に対するインピーダンスが基本振動に対するイ
ンピーダンスよりも十分小さければよい。
のどちらでも振動することができるので、目的とする高
調波発振を得るためには、通常周波数選択性を持たせた
発振回路のコイルやコンデンサを可変させている。この
関係を第８図を参照して更に詳しく説明する。第８図は
水晶振動板を用いた圧電振動子１とこれに接続された発
振回路２との開発を説明するための模式図である。水晶
振動子１は、発振回路２の負荷抵抗３と、水晶振動子の
両端子から発振回路側を見た場合の実効的な負荷容量４
とに直列に接続されている。このような回路において水
晶振動子を確実に発振させるためには水晶振動子１のイ
ンピーダンスと負荷容量４との直列回路の直列共振抵抗
（等価直列抵抗という）に対して負荷抵抗３を十分大き
くとる必要がある。そこで厚みすべりモードの圧電振動
子１が安定な高調波振動をするには、圧電振動子１の高
調波振動に対するインピーダンスが基本振動に対するイ
ンピーダンスよりも十分小さければよい。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来の圧電振動子では高調波振動のイン
ピーダンスと基本波振動のインピーダンスとの差は小さ
い。例えば一辺が８mm、厚さが0.21mmの正方形の水晶振
動子を8MHz の基本波発振および24MHz の３次高調波発
振させたときのインピーダンスの値を第１表に示す。
ピーダンスと基本波振動のインピーダンスとの差は小さ
い。例えば一辺が８mm、厚さが0.21mmの正方形の水晶振
動子を8MHz の基本波発振および24MHz の３次高調波発
振させたときのインピーダンスの値を第１表に示す。
上記第１表から明らかなように従来の水晶振動子におい
ては基本波振動のインピーダンスと３次高調波振動のイ
ンピーダンスとの差は小さい。したがって、このような
水晶振動子を組込んだ発振回路は、発振回路の定数を変
化させても目的とする３次高調波振動が不安定となり、
高調波振動が停止し、代わりに不要な基本波振動を起こ
す場合がしばしばある。特に近年普及してきたＣ−ＭＯ
ＳインバータやＴＴＬインバータを使用して高調波振動
を利用する場合、振動子および回路の特性が極く僅か変
動しても目的とする高調波振動が発振されないという問
題があった。
ては基本波振動のインピーダンスと３次高調波振動のイ
ンピーダンスとの差は小さい。したがって、このような
水晶振動子を組込んだ発振回路は、発振回路の定数を変
化させても目的とする３次高調波振動が不安定となり、
高調波振動が停止し、代わりに不要な基本波振動を起こ
す場合がしばしばある。特に近年普及してきたＣ−ＭＯ
ＳインバータやＴＴＬインバータを使用して高調波振動
を利用する場合、振動子および回路の特性が極く僅か変
動しても目的とする高調波振動が発振されないという問
題があった。
したがって本発明の目的は、基本波振動を選択的に抑制
し、安定な高調波振動が得られる厚みすべりモードの圧
電振動子を提供しようとするものである。
し、安定な高調波振動が得られる厚みすべりモードの圧
電振動子を提供しようとするものである。
（問題点を解決するための手段および作用） 本発明は上述した目的を達成するために、厚みすべり圧
電振動子において、振動板輪郭の少なくとも一部を電極
に近接させるとともに前記振動板の重心と、前記電極の
重心とを偏心させるように、前記振動板を、４角形の１
つの角部または隣接する２つの角部を切り欠いた輪郭形
状とし、前記電極を前記４角形のほぼ中央に設けて基本
振動は抑制し、高調波振動は抑制しないように構成した
ことを特徴とするものである。
電振動子において、振動板輪郭の少なくとも一部を電極
に近接させるとともに前記振動板の重心と、前記電極の
重心とを偏心させるように、前記振動板を、４角形の１
つの角部または隣接する２つの角部を切り欠いた輪郭形
状とし、前記電極を前記４角形のほぼ中央に設けて基本
振動は抑制し、高調波振動は抑制しないように構成した
ことを特徴とするものである。
このような本発明の圧電振動子においては基本波振動に
対するインピーダンスが著しく大きくなるのに対し高調
波振動に対するインピーダンスは殆ど変化しないかまた
は僅かに大きくなるだけであるから、基本波振動は著し
く抑制され、圧電振動子は高調波で安定に振動すること
になる。
対するインピーダンスが著しく大きくなるのに対し高調
波振動に対するインピーダンスは殆ど変化しないかまた
は僅かに大きくなるだけであるから、基本波振動は著し
く抑制され、圧電振動子は高調波で安定に振動すること
になる。
また、振動板の輪郭の少なくとも一部を電極に接近させ
る具体的方法は後述する実施例で示すように種々考えら
れるが、特に振動板の重心と電極の重心とを偏心させる
ように振動板の輪郭の一部を切り欠くのが、特性上およ
び製造工程上好適である。
る具体的方法は後述する実施例で示すように種々考えら
れるが、特に振動板の重心と電極の重心とを偏心させる
ように振動板の輪郭の一部を切り欠くのが、特性上およ
び製造工程上好適である。
また、本発明によれば、振動板の輪郭全体で電極に接近
させるように振動板の寸法を一様に小さくすることによ
っても基本波振動に対するインピーダンスを選択的に高
くすることができる。
させるように振動板の寸法を一様に小さくすることによ
っても基本波振動に対するインピーダンスを選択的に高
くすることができる。
（実施例） 第１図は本発明の圧電振動子の一実施例を示す正面図で
ある。一辺が８mmの正方形で厚さが0.21mmのATカット水
晶振動板11の両面中央に直径５mmの円形の電極12,13 を
設け、これら電極にそれぞれ接続したリード線14および
15をシステム16により保持する。本発明では振動板11の
角部を長さｌだけ斜めに切り欠き、振動板11の輪郭の一
部を電極12,13 に接近させる。また、このように切り欠
くことにより振動板11の重心と電極12,13 の重心とは偏
心することになる。振動板11の角部の切り欠き部の長さ
ｌを０〜4.0 mmの範囲で変化させたときの基本波振動に
対するインピーダンスと３次高調波振動に対するインピ
ーダンスとをＣＩメータ（Crystal Impedance Meter）
で測定した結果を第２表に示すとともにそれぞれのイン
ピーダンスの変化の様子を第２図に示す。
ある。一辺が８mmの正方形で厚さが0.21mmのATカット水
晶振動板11の両面中央に直径５mmの円形の電極12,13 を
設け、これら電極にそれぞれ接続したリード線14および
15をシステム16により保持する。本発明では振動板11の
角部を長さｌだけ斜めに切り欠き、振動板11の輪郭の一
部を電極12,13 に接近させる。また、このように切り欠
くことにより振動板11の重心と電極12,13 の重心とは偏
心することになる。振動板11の角部の切り欠き部の長さ
ｌを０〜4.0 mmの範囲で変化させたときの基本波振動に
対するインピーダンスと３次高調波振動に対するインピ
ーダンスとをＣＩメータ（Crystal Impedance Meter）
で測定した結果を第２表に示すとともにそれぞれのイン
ピーダンスの変化の様子を第２図に示す。
上記の第２表および第２図に示すグラフから明らかなよ
うに、振動板の角部を切り欠かない従来の圧電振動子
（ｌ＝０）では、基本波に対するインピーダンスは18.6
Ω、３次高調波に対するインピーダンスは17.1Ωでその
差は小さいが、角部を切り欠くことによって基本数振動
に対するインピーダンスは急激に増大するのに対し、３
次高調波振動に対するインピーダンスはｌが約３mm以下
では殆ど変化せずｌがそれよりも長くなっても余り大き
くならない。したがって振動板11の角部を切り欠くこと
によって基本波に対するインピーダンスと３次高調波に
対するインピーダンスとの差は著しく大きくなり、基本
波振動は大きく抑圧されるのに対し３次高調波振動は殆
ど抑制されない。したがって、本発明の圧電振動子は３
次高調波で安定に振動することになる。
うに、振動板の角部を切り欠かない従来の圧電振動子
（ｌ＝０）では、基本波に対するインピーダンスは18.6
Ω、３次高調波に対するインピーダンスは17.1Ωでその
差は小さいが、角部を切り欠くことによって基本数振動
に対するインピーダンスは急激に増大するのに対し、３
次高調波振動に対するインピーダンスはｌが約３mm以下
では殆ど変化せずｌがそれよりも長くなっても余り大き
くならない。したがって振動板11の角部を切り欠くこと
によって基本波に対するインピーダンスと３次高調波に
対するインピーダンスとの差は著しく大きくなり、基本
波振動は大きく抑圧されるのに対し３次高調波振動は殆
ど抑制されない。したがって、本発明の圧電振動子は３
次高調波で安定に振動することになる。
本発明において、振動板輪郭の一部を電極外周に近接さ
せる方法としては第１図に示したように４角形の１つの
角部を斜めに切り欠くことだけに限定されるものではな
く、第３図ＡおよびＢに示すように種々の方法が可能で
ある。すなわち、第３図Ａに示す例では４角形の振動板
11の一辺の両端の角部を長さｌだけ斜めに切り欠き、第
３図Ｂに示す例では４角形の振動板11の１つの角部を横
方向に長さｌＨ、縦方向に長さｌＶ（ｌＶ≠ｌＨ）だけ
切り欠く。これら第３図ＡおよびＢに示す例では振動板
11の重心と電極12,13 の重心とは偏心したものとなる。
せる方法としては第１図に示したように４角形の１つの
角部を斜めに切り欠くことだけに限定されるものではな
く、第３図ＡおよびＢに示すように種々の方法が可能で
ある。すなわち、第３図Ａに示す例では４角形の振動板
11の一辺の両端の角部を長さｌだけ斜めに切り欠き、第
３図Ｂに示す例では４角形の振動板11の１つの角部を横
方向に長さｌＨ、縦方向に長さｌＶ（ｌＶ≠ｌＨ）だけ
切り欠く。これら第３図ＡおよびＢに示す例では振動板
11の重心と電極12,13 の重心とは偏心したものとなる。
次に本発明の圧電振動子の実験例について説明する。
実験例１ 一辺が８mmの正方形で、厚さが0.21mmのATカット水晶振
動板に、重心位置が振動板の重心位置に一致するように
直径５mmの円形電極を設け、第３図Ａに示すように振動
板の一辺の両端の角部を少しずつ切除しながら８MHz の
基本波振動と24MHz の３次高調波振動に対するインピー
ダンスを測定したところ第４図に示すように８MHz の基
本波振動に対するインピーダンスは第４図の曲線Ａで示
すようにｌが１mm付近から急激に大きくなったのに対
し、３次高調波に対するインピーダンスは曲線Ｂで示す
ようにｌ＝2.5 mm程度までは殆ど変化しない。また切除
された振動板の辺が電極に殆ど接するように大きく切り
欠いても（ｌ≒４mm）、３次高調波に対するインピーダ
ンスは40Ω程度とその増加は小さく、基本波振動のイン
ピーダンスとの比は著しく大きくなっている。ｌ＝３mm
の振動子を20個作成し、室際の発振回路に組込み３次高
調波で発振させたところ試験した試料はすべて定格電圧
５Ｖでは勿論のこと、定格電圧の60% である３Ｖでも安
定に３次高調波発振を行うことができた。
動板に、重心位置が振動板の重心位置に一致するように
直径５mmの円形電極を設け、第３図Ａに示すように振動
板の一辺の両端の角部を少しずつ切除しながら８MHz の
基本波振動と24MHz の３次高調波振動に対するインピー
ダンスを測定したところ第４図に示すように８MHz の基
本波振動に対するインピーダンスは第４図の曲線Ａで示
すようにｌが１mm付近から急激に大きくなったのに対
し、３次高調波に対するインピーダンスは曲線Ｂで示す
ようにｌ＝2.5 mm程度までは殆ど変化しない。また切除
された振動板の辺が電極に殆ど接するように大きく切り
欠いても（ｌ≒４mm）、３次高調波に対するインピーダ
ンスは40Ω程度とその増加は小さく、基本波振動のイン
ピーダンスとの比は著しく大きくなっている。ｌ＝３mm
の振動子を20個作成し、室際の発振回路に組込み３次高
調波で発振させたところ試験した試料はすべて定格電圧
５Ｖでは勿論のこと、定格電圧の60% である３Ｖでも安
定に３次高調波発振を行うことができた。
（発明の効果） 上述したように本発明の厚みすべり圧電振動子において
は、４角形の振動板の１つの角部または隣接する２つの
角部を切り欠くといったきわめて簡単な構成によって高
調波振動に対するインピーダンスを小さく抑制したまま
基本波振動に対するインピーダンスを著しく大きくする
ことができるため、基本波振動を選択的に抑制でき、高
調波振動で安定に発振する圧電振動子を得ることがで
き、産業上の利用価値はきわめて大きい。
は、４角形の振動板の１つの角部または隣接する２つの
角部を切り欠くといったきわめて簡単な構成によって高
調波振動に対するインピーダンスを小さく抑制したまま
基本波振動に対するインピーダンスを著しく大きくする
ことができるため、基本波振動を選択的に抑制でき、高
調波振動で安定に発振する圧電振動子を得ることがで
き、産業上の利用価値はきわめて大きい。
第１図は本発明の圧電振動子の一実施例の構成を示す正
面図、 第２図は同じくその動作特性を従来の圧電振動子と対比
して示すグラフ、 第３図ＡおよびＢは本発明の圧電振動子の他の例の構成
を示す正面図、 第４図は本発明による圧電振動子の実施例の動作特性を
示すグラフ、 第５図は従来の圧電振動子を有する発振回路の構成を示
す線図である。 11……振動板、12,13……電極 14,15……リード線、16……ステム
面図、 第２図は同じくその動作特性を従来の圧電振動子と対比
して示すグラフ、 第３図ＡおよびＢは本発明の圧電振動子の他の例の構成
を示す正面図、 第４図は本発明による圧電振動子の実施例の動作特性を
示すグラフ、 第５図は従来の圧電振動子を有する発振回路の構成を示
す線図である。 11……振動板、12,13……電極 14,15……リード線、16……ステム
Claims (2)
- 【請求項１】厚みすべり圧電振動子において、振動板輪
郭の少なくとも一部を電極に近接させるとともに前記振
動板の重心と、前記電極の重心とを偏心させるように、
前記振動板を、４角形の１つの角部または隣接する２つ
の角部を切り欠いた輪郭形状とし、前記電極を前記４角
形のほぼ中央に設けて基本振動は抑制し、高調波振動は
抑制しないように構成したことを特徴とする圧電振動
子。 - 【請求項２】前記振動板を水晶板を以て構成したことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の圧電振動子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61070953A JPH0640612B2 (ja) | 1986-03-31 | 1986-03-31 | 圧電振動子 |
| US06/872,014 US4716332A (en) | 1986-03-31 | 1986-06-09 | Piezoelectric vibrator |
| DE19863620558 DE3620558A1 (de) | 1986-03-31 | 1986-06-19 | Piezoelektrischer vibrator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61070953A JPH0640612B2 (ja) | 1986-03-31 | 1986-03-31 | 圧電振動子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62230108A JPS62230108A (ja) | 1987-10-08 |
| JPH0640612B2 true JPH0640612B2 (ja) | 1994-05-25 |
Family
ID=13446382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61070953A Expired - Fee Related JPH0640612B2 (ja) | 1986-03-31 | 1986-03-31 | 圧電振動子 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4716332A (ja) |
| JP (1) | JPH0640612B2 (ja) |
| DE (1) | DE3620558A1 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5032755A (en) * | 1988-03-03 | 1991-07-16 | Motorola, Inc. | Method and means for damping modes of piezoelectric vibrators |
| JPH0389617A (ja) * | 1989-08-31 | 1991-04-15 | Kinseki Ltd | オーバートーン水晶振動子 |
| JPH03139913A (ja) * | 1989-10-25 | 1991-06-14 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | 厚みすべり圧電振動子 |
| EP0459631B1 (en) * | 1990-04-27 | 1998-08-12 | Seiko Epson Corporation | AT-cut crystal oscillating element and method of making the same |
| JPH0711029U (ja) * | 1993-07-22 | 1995-02-14 | 株式会社大真空 | 基本波抑制型水晶振動子 |
| JPH09284083A (ja) * | 1996-04-12 | 1997-10-31 | Nec Shizuoka Ltd | セラミック共振子 |
| JP3262076B2 (ja) * | 1997-10-03 | 2002-03-04 | 株式会社村田製作所 | 圧電共振子、圧電共振子の周波数調整方法および通信機器 |
| JP2000138554A (ja) * | 1998-11-02 | 2000-05-16 | Murata Mfg Co Ltd | エネルギー閉じ込め型圧電共振子 |
| US6654711B1 (en) | 1999-06-15 | 2003-11-25 | Seiko Epson Corporation | Correction factors for the analysis of piezoelectric devices |
| US6658376B1 (en) | 1999-06-15 | 2003-12-02 | Seiko Epson Corporation | Determination of vibration frequency characteristics of electroded crystal plate |
| US7071794B2 (en) * | 2002-03-06 | 2006-07-04 | Piedek Technical Laboratory | Quartz crystal resonator, unit having resonator, oscillator having unit, electronic apparatus having oscillator, and method for manufacturing electronic apparatus |
| US20060284628A1 (en) * | 2005-06-16 | 2006-12-21 | Jiun-Der Yu | Super element for the prediction of viscosity effect on crystal plate |
| JP5708079B2 (ja) * | 2011-03-16 | 2015-04-30 | 株式会社大真空 | 水晶振動子 |
| JP6435606B2 (ja) * | 2013-03-29 | 2018-12-12 | セイコーエプソン株式会社 | 振動素子、振動子、発振器、電子機器および移動体 |
Family Cites Families (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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