JPH0818370A - 水晶振動子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は従来の振動板に対し、ｎ次高調波振
動のＣＩ値を安定に低くし、ｎ次高調波発振を安定に行
える振動板を提供するものである。 【構成】 振動板１０を構成するＸ−Ｚ’面１１、Ｘ−
Ｙ’面１２、Ｙ’−Ｚ’面１３のうちＸ−Ｚ’面とＸ−
Ｙ’面の面粗度が略同一で、かつ、３μｍ以内とする機
械加工工程を有する水晶振動子の製造方法である。 【効果】 振動板表面での定在波の波長の乱れがなくな
ったことにより、ｎ次高調波のＣＩ値が安定に低くな
り、低ドライブ電流域でｎ次高調波発振が安定に行える
ような振動板が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、安定にｎ次（ｎは３以
上の奇数）高調波振動、例えば３次を発生させるため、
３次高調波のクリスタルインピ−ダンス（以下ＣＩと記
す）が基本波（１次）より高くなる現象や、低いドライ
ブ電流で発振しなくなる現象、の改良に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】水晶振動子を用いて、メガヘルツオ−ダ
−以上の高い周波数を得るには、水晶振動子の色々な振
動モ−ドのうち、厚み滑り振動モ−ドを用いる。厚み滑
り振動モ−ドの周波数は、振動板の厚さに反比例して決
まる。

【０００３】例えば１０ＭＨＺでは０．１６７ｍｍ、３
０ＭＨＺでは０．０５６ｍｍである。従って、高い周波
数を得るには薄い振動板を用いればよい。しかし、０．
１ｍｍ以下の振動板を精度と歩留りをよく加工すること
は困難である。

【０００４】このため、従来２０ＭＨＺ以上の高い周波
数を得るには、基本波ではなく、ｎ次高調波、例えば３
次を利用するのが一般的であり、周波数は基本波の約ｎ
倍がえられる。

【０００５】以下に従来の３次高調波振動板を図面を用
いて説明する。図４は水晶原石から厚み滑り振動板を切
り出す方位を示す斜視図であり、図５は所要寸法に機械
加工された振動板を示す斜視図であり、図６は振動板の
面粗度を示す平面図である。

【０００６】まず図４において、水晶素板３３は水晶原
石のＺ軸からＸ軸の回りに約３５°回転した角度で切り
出される。こうして切り出された水晶素板の結晶軸を
Ｘ，Ｙ’，Ｚ’軸と呼ぶ。その後所要寸法になるよう分
割切断され、振動板の原形３４ａが出来上がる。

【０００７】その後、使用する周波数に応じて、所要寸
法に機械加工される。例えば、５０ＭＨＺの３次高調波
の振動板では、長さ６ｍｍ、巾２ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ
である。加工工程は、図５に示すようにＸ−Ｚ’面４１
を３０００番、Ｘ−Ｙ’面４２を１２００番のアルミナ
等の砥粒で、それぞれラップ加工され、完成振動板４０
が得られる。

【０００８】上記の方法で得られた振動板４０は、主面
であるＸ−Ｚ’面と、長手方向及び短手方向の側面であ
るＸ−Ｙ’面やＹ’−Ｚ’面では、ラップ加工の砥粒の
粒径が異なるため、Ｘ−Ｚ’面とＸ−Ｙ’面Ｙ’−Ｚ’
面の面粗度は異なった値となっている。表面粗さ計で調
査した結果、図６に示したように、Ｘ−Ｚ’面４１は４
μｍ、Ｘ−Ｙ’面４２は８μｍであった。このような従
来の面粗度を有する振動板は、厚み滑り振動を行うとき
一対のＸ−Ｚ’面での定在波の波長が、同図のａ，ｂ，
ｃ，のように一定でなくなり、波長が乱れＣＩ値が悪化
する。

【０００９】上記の振動板の低ドライブ電流でのＣＩ値
は、図３のグラフの従来に示したように定在波の乱れ
で、３次高調波のときのＣＩ値２００Ωは、１次の基本
波のときのＣＩ値５０Ωに対し、数倍大きい値であっ
た。このときの試料は図３に記載のものを用いた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の面
粗度を有する振動板では、前記のような加工方法で、基
本波では問題にならないことが、３次等の高調波振動に
おいては重大な欠陥となる。

【００１１】即ち、３次高調波振動は、基本波振動に比
べ、電界の大きさが１／３となるため振動エネルギ−が
小さくなる。このため従来の振動板の面粗度では、振動
板表面での定在波の波長の乱れが安定な振動を妨げ、Ｃ
Ｉ値が大きくなってしまう。また、３次高調波発振回路
は、負性抵抗が基本波のそれより小さいため５０μＡ以
下の低ドライブ電流域において、発振不安定や発振停止
の現象がしばしば起こると言う欠点を有していた。

【００１２】本発明の目的は、上記課題を解決しようと
するもので、ｎ次高調波振動のＣＩ値を安定して低く、
かつ、低ドライブ電流域で安定にｎ次高調波発振ができ
る、矩形の小型厚み滑り水晶振動子を提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の要旨は、矩形振動板を構成するＸ−Ｚ’面、
Ｘ−Ｙ’面を略同一の面粗度とし、それが３μｍ以内と
することを特徴とするものである。

【００１４】また、振動板の長手方向を結晶軸のＸ軸と
したことを特徴としたことである。

【００１５】

【作用】即ち、ｎ次高調波振動を発生する振動板表面
が、定在波の波長の乱れを極力なくすような面粗度を有
する構造となっている。

【００１６】

【実施例】以下図面により本発明の実施例を説明する。
図１（Ａ）は、本発明の振動板の実施例を示す外観斜視
図であり、同図（Ｂ）は厚み滑り振動モ−ドを示す断面
図であり、同図（Ｃ）は厚み滑り振動モ−ドの定在波を
示す中心部の断面図であり、図２はエッチングの方法を
示す断面図である。また図３は本発明の振動板の低ドラ
イブ電流でのＣＩ値の特性を示すグラフである。

【００１７】振動板１０の実施例の試料は、長手方向が
Ｘ軸で、長さ６ｍｍ、巾２ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、基本
波周波数が１６．７ＭＨＺ，３次高調波周波数が５０．
１ＭＨＺである。振動板はＸ−Ｚ’面１１、Ｘ−Ｙ’面
１２、Ｙ’−Ｚ’面１３で構成され、Ｘ−Ｚ’面はほぼ
矩形状である。

【００１８】そして振動板１０のＸ−Ｚ’面１１とＸ−
Ｙ’面１２は、４０００番のアルミナ等の砥粒で加工さ
れている。面粗度は、調査の結果各面とも３μｍ以内で
あった。最終加工後、加工変質層を除去するため、フッ
酸やフッ化アンモニウムの水溶液でエッチングされる。
図２にエッチングの方法を示した。フッ酸を入れた容器
に振動板１０を数分から数１０分侵責することによりエ
ッチングされる。

【００１９】エッチング後、Ｘ−Ｚ’面に一対の電極が
形成され、振動板が支持され、封止管に封入されて水晶
振動子が完成される。

【００２０】図１（Ｂ）は、厚み滑り振動モ−ドを示す
図である。一対の電極１４、１４’に電界が印加される
と、水晶の圧電効果により、振動板の中心に対して、上
下面が実線と破線の矢印で示したように、交互に動く滑
り振動を行う。同図（Ｃ）は厚み滑り振動中の定在波の
様子を示す図である。位置１５は振動前の状態である。
振動中は定在波１６、１７が生じている。そして、本振
動板は面粗度が３μｍ以内であるため、Ｘ−Ｚ’面の定
在波の反射点２０、２０’と２１、２１’では波長が同
じで、乱れがなく、振動エネルギ−の損失はほとんどな
い。

【００２１】図３は、本振動板の基本波と３次高調波の
ＣＩ値の特性で、従来の３次振動板のＣＩ値２００Ωに
比べそのＣＩ値が５０Ωと大幅に改良されていることが
分かる。

【００２２】

【発明の効果】上記のごとく本発明によって、振動板表
面での定在波の波長が同じとなり、波長の乱れがないの
で、ＣＩ値が安定して小さい値におさえられる。又、発
振回路において、負生抵抗が基本波より小さいｎ次高調
波発振を、低ドライブ電流域においても、発振不安定や
発振停止の現象を起こさず、安定に発振が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す振動板で、（Ａ）は外
観斜視図、（Ｂ）は厚み滑り振動モ−ドの説明を示す断
面図、（Ｃ）は厚み滑り振動モ−ドの定在波の説明を示
す断面図である。

【図２】エッチングの方法を示す断面図である。

【図３】本発明と従来の振動板のＣＩ値特性を比較する
グラフである。

【図４】厚み滑り水晶素板の切り出し方向を示す斜視図
である。

【図５】従来の振動板を示す外観斜視図である。

【図６】従来の振動板の面粗度を示す断面図である。

【符号の説明】

１０、４０ 振動板 １１、４１ 振動板のＸ−Ｚ’面 １２、４２ 振動板のＸ−Ｙ’面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水晶結晶軸のＸ，Ｙ’，Ｚ’，軸から切
   り出され、互いに垂直な、Ｘ−Ｚ’平面、Ｘ−Ｙ’平
   面、Ｙ’−Ｚ’平面、で構成され、Ｘ−Ｚ’平面の輪郭
   がほぼ矩形の厚み滑り水晶振動板の製造方法において、
   前記振動板は、少なくとも、Ｘ−Ｚ’平面、Ｘ−Ｙ’平
   面の面粗度が略同一であり、かつ３μｍ以内となる機械
   加工工程を有することを特徴とする水晶振動子の製造方
   法。
2. 【請求項２】 振動板の長手方向は、Ｘ軸であることを
   特徴とする請求項１記載の水晶振動子の製造方法。