JPS581315A - 倍調波屈曲振動音叉型水晶振動子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 現在時間精度が１年間に５〜１０秒程度の高精度な時計
に用いられている水晶振動子としては、常温附近が周波
数温度特性が平坦なＡＴカット水晶振動子がある。この
振動子は周波数が高く、発振分周に多くの電力を消費す
る差、電池寿命が短いという欠点を持っている。又、形
状を小さくすると、厚みすべりの主振動が他の多くの振
動姿態と結合を起して周波数やクリスタルインピーダン
ス等の温度特性が劣化したり、振動の漏洩が生じ、その
防止のために支持構造が複雑になり、組立て作業が困難
になる等の問題もある。

中波帯の振動子としては、巾すべり振動を利用したＤＴ
板が知られているが、小型にすると、支持が困難になる
ので、電子時計に応用されたことがない。

そのようなわけで現在時間精度が１ケ月ｌθ〜１５秒程
度の腕時計が多く用いられている。これに用いられてい
る水晶振動子は音叉型水晶振動子である。この振動子の
場合、周波数が３２　ＫＨ２程度と低く消費電力の点で
有利である。また、支持に関しても優れている。しかし
この振動子の周波数温度特性は上に凸な２次曲線である
為、温度の変化によシかなり周波数が変動してしまい、
高精度なものは得られて匹ない。

本発明は、音叉型水晶振動子の周波数温度特性の改善に
関するものである。

次に本発明について図面を用いて説明する。

音叉型水晶振動子の共振周波数は、第１図（ａ）及び（
ｂ）に示すように、音叉型水晶振動子１の振動技３、番
の枝巾をｈ１校長ｆｔとすれば、基本波周波数ｆ。は、
ｆｏ＝　Ｋｂ／１２、第１次倍調波周波数ｆ＋　Ｆｉ、
ｆ＋　＝　Ａ　Ｋｈ／ｌ”　　で表わせる。但し、Ａ中
６．２は根元、点ＩＩ５．５′は屈曲振動基本波の振動
変位、６．６′は屈曲振動第１次倍調波の振動変位１、
Ｘは電気−１Ｙは機械軸、２は光軸、ｔは音叉型水晶振
動子の厚さを表わす。θはカット角と呼ばれ、Ｘ軸を音
叉型振動子の巾方向にとり、Ｙ′軸を音叉型振動子の長
さ・方向にとれば、Ｘ軸まゎりにＹ軸からＹ′軸まで反
時計向きに飼った角である。Ｋはカット角θ、振動枝巾
ｈ１振動枝長Ｌ［ｊつて決定される常数である。基本波
及び第１次倍調波の共振周波数は、カット角、振動技の
巾、長さＫよって殆ど決定され、第１次倍調波は、基本
波の約６倍高い周波数で共振する。

基本波、第１次倍調波等の共振周波数は、振動子の温度
Ｔを変化させると、温度Ｔに関して上に凸な２次曲線に
沿って変化する。

即ち、音叉型水晶振動子の屈曲振動周波数は、基準温度
Ｔｏ　　附近で、近似すると、Δｆ／ｆ　＝α（ＴＴＯ
Ｉ＋β（’ｒ−’ｒｏｔ２で表わされる。

α、βは夫々、周波数１次、２次温度係数と呼ばれる。

第２図に共振周波数対温度特性を曲線７により示した。

ＴＰは共振周波数が最大を示す温度であり頂点温度と呼
ばれている。

周波数温度特性を室温附近で安定化するには、基準温度
Ｔ。′１に室温に選んだ時、α＝β＝０とすることであ
る。

次に、周波数温度係数α、βと振動枝巾りとの関係を述
べる。　　　　　□ カット角θ、屈曲振動基本波及び第１次倍調波等の共振
周波数ｆｙｑ　、　９＋を夫々大略一定に固定して、振
動枝巾り、ｔ５０μ〜６００μまで変化させ、基本温度
Ｔ。ｔ−室温のある一定な温度に選び、屈曲振動基本波
及び第１次倍調波等の共振周波数の１次、２次温度係数
を求めると、第３図に示した特性が得られる。横軸はｈ
１縦軸はα、β全示す。

曲１ｉ１８．９は屈曲振動基本波のα、βを示す。曲ｍ
１０．１１は屈曲振動第１次倍調波のα、βを示す。屈
曲振動基本波のαは振動枝巾りが大きくなるとわずか増
加するがβは殆ど変化しない。しかし、第１次倍調波に
ついては全く異なる。即ち、αもβもｂが大きくなると
（ト）方向へ増加しβは絶対値が減少する。基本波と第
１次倍調波のβを比較すると、基本波の１曲４Ｉ９は第
１次倍調波のβ曲線１１より下にあり絶対値が大きい。

この２曲＃ａ９．１１は、ｈ＝４０〜１００μｍ　附近
で交わる。

従って、ｈ’６交叉点より大きくとれば、第１次倍調波
のβを基本波のβ工りも絶対値を小さくできるわけであ
る。これらの事柄は、屈曲振動基本波周波数ｆＦｏが３
２ＫＨｚから１３０　ＫＨｚまで変化さぜ１ても同様な
傾向を示す。カット角θｔ−−３０”’から＋５°　ま
で変えたところ、βは、基本波、第１次倍調波（屈曲振
動を・指す）共わずかな変化はあるものの殆ど変らない
。しかし、αは、基本波、第１次倍調波共（ト）方向へ
大きく移動する。

従って、α＝０にするには、カット角全振動枝寸法所望
の頂点温度に応じて、選ばなければならない。カット角
θの範囲としては、−３０’から汁５°　までが適切で
ある。

上述した周波数温度係数の緒特性は、実験的に見出され
たものであるが、理論的にも同様な特性が得られている
。

第４図は本発明の一実施例の周波数温度特性を示し次。

曲線１２が従来の振動子の特性でβ＝３、４　Ｘ　１０
−”／ｄｅｇ”　　である。曲線１３が本発明の音叉型
水晶振動子の特性で、カット角θ＝−１０°、振動枝巾
ｈ　＝　６００μｍ１　第１次倍調波周波数ｆＦｌ＝　
４０７ＫＨｚ　、頂点温度Ｔｐ　＝　５℃、β＝−２，
０Ｘ１０−・／　６６ｇ２、　Ｑ＝２０°万テアツタ。

コ１７）％性Ｈ１中波帯のＤＴ板に匹敵する特性で、従
来の基本波を利用した音叉型水晶振動子では得られなか
った特性である。

以上説明したことから分るように、カット角θ紮−３０
°から＋５°　までの適切な角に設定し、音叉振動枝巾
ｈ　全１０Ｑμｍ　以上にすれば、室温附近で、屈曲振
動第１久倍調波の共振周波数の温度特性を従来の音叉型
水晶振動子より安定化できる。

従って本発明によれば、電子時計の高精度化、低コスト
化に寄与し、経済的効果が著しい。

【図面の簡単な説明】

第１図（、）及び（ｂ）は、本発明に係る振動子の平面
図及び側面図、第２図は、音叉型水晶振動子の周波数温
度特性図、第３図は、本発明に係る振動子の周波数温度
係数と振動枝巾との関係を示す特性図、第４図は、従来
の音叉型水晶振動子と本発明に係る音叉型水晶振動子の
周波数温度特性図である。 １・・・音叉型水晶振動子 ３．４・・・振動技 ６．６′・・・屈曲振動第１次倍調波の振動変位ｈ・・
・振動枝巾　　　　θ・・・カット角１０・・・屈曲振
動第１次倍調波の共振周波数１次温度係数 １１・・・屈曲振動第１次倍調波の共振周波数２仄温度
係数 １２・・・従来の音叉型水晶振動子の特性１３・・・本
発明の１実施例の特性 特許出願人　　シチズン時計株式会社 第２図 ０ＴＰＴ 第３図 Ｔ　（’ｃ　）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）屈曲振動第１次倍調波を励振する音叉型水晶振動
   子に於て、音叉の振動枝の枝巾が１００μ又はそれ以上
   であることを特徴とする倍調波屈曲振動音叉型水晶振動
   子。
2. （２）音叉の振動技巾方向ｅＸ軸に、振動枝の長さ方向
   をＹ′　軸に、厚さ方向を２′軸に設定した時、Ｘ軸ま
   わりにＹ軸からＹ′軸まで反時計方向に測った角θが＋
   ５″〜−３０°　の範囲にあ２ことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の倍調波屈曲振動音叉型水晶振動子
   。