JPS5863212A - 水晶振動子 - Google Patents
水晶振動子Info
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- JPS5863212A JPS5863212A JP16304081A JP16304081A JPS5863212A JP S5863212 A JPS5863212 A JP S5863212A JP 16304081 A JP16304081 A JP 16304081A JP 16304081 A JP16304081 A JP 16304081A JP S5863212 A JPS5863212 A JP S5863212A
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- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 6
- 230000008602 contraction Effects 0.000 abstract description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 1
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- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- H03H9/21—Crystal tuning forks
- H03H9/215—Crystal tuning forks consisting of quartz
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
- H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
- H03H3/02—Apparatus 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
- H03H3/04—Apparatus 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
- H03H2003/0414—Resonance frequency
- H03H2003/0492—Resonance frequency during the manufacture of a tuning-fork
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電子腕時計用水晶振動子の特に水晶振動片の形
状及び電極構造に関する。
状及び電極構造に関する。
従来の屈曲型水晶振動子の水晶振動片の形状は。
第１図（Ａ）に示すように音叉型をしており、２本の共
振枝１ａとそれを結合する基部１ｂとから成る。この音
叉型水晶片１の断面は、第１図（Ｂ）Ｋ示すような形状
で電極２を有しており、共振枝１ａの主振動面の表裏と
各校の側面部に各々電極２が配置され、第１図Ｂの矢印
に示すような電荷が発生し屈曲振動を起す構成をとる。
振枝１ａとそれを結合する基部１ｂとから成る。この音
叉型水晶片１の断面は、第１図（Ｂ）Ｋ示すような形状
で電極２を有しており、共振枝１ａの主振動面の表裏と
各校の側面部に各々電極２が配置され、第１図Ｂの矢印
に示すような電荷が発生し屈曲振動を起す構成をとる。
現在、電子腕時計にはほとんどこの屈曲型水晶振動子が
時間基準発振源として使用されている。一般に屈曲型水
晶振動子の固有振動数ｆは温度により影響され、周波数
一温度特性が第２図のらうに上に凸の二次曲線を描き、
下式のように表わすことが出来る。
時間基準発振源として使用されている。一般に屈曲型水
晶振動子の固有振動数ｆは温度により影響され、周波数
一温度特性が第２図のらうに上に凸の二次曲線を描き、
下式のように表わすことが出来る。
ｆ：α（Ｔ ＴＺＴＣ）” ＋ ｆｚｒｃ 、、；
、、、 、、、（Ｄここで、α：二次温度係数、Ｔｚ
Ｔｃ； 零温度係数温度ｓ ｈＴｃ ： 零温度係
数温度における周波数。
、、、 、、、（Ｄここで、α：二次温度係数、Ｔｚ
Ｔｃ； 零温度係数温度ｓ ｈＴｃ ： 零温度係
数温度における周波数。
である。
水晶時計の時間精度を上げるためには、使用時の温度に
対する固有振動数を安定させることが重要で、そのため
には周波数一温度特性を如何にして、使用温度範囲内で
フラットにするか、即ち、■式における二次温度係数α
を如何に小さくするか、ということが最大の問題になっ
ている。
対する固有振動数を安定させることが重要で、そのため
には周波数一温度特性を如何にして、使用温度範囲内で
フラットにするか、即ち、■式における二次温度係数α
を如何に小さくするか、ということが最大の問題になっ
ている。
従来の屈曲型水晶振動子の二次温度係数αは３．２〜３
．８ Ｘ １０＝“／ −ｃ、 ２ であり、これを電
子腕時計として用いた場合は一般に月差１５秒〜２０秒
の精度となる。これに対して現在市販されている電子腕
時計のうち月差５〜１０秒品について（九周波数一温度
特性をフラットにするために温度補償コンデンサー等を
使用するという手段が取られている。しかし、この場合
は回路設計が複雑になり、また温度補償コンデンサーの
特性と水晶振動子の特性を厳密に管理しなければならな
い等の問題があり、コストが大巾に上がってしまう等の
欠点があった。
．８ Ｘ １０＝“／ −ｃ、 ２ であり、これを電
子腕時計として用いた場合は一般に月差１５秒〜２０秒
の精度となる。これに対して現在市販されている電子腕
時計のうち月差５〜１０秒品について（九周波数一温度
特性をフラットにするために温度補償コンデンサー等を
使用するという手段が取られている。しかし、この場合
は回路設計が複雑になり、また温度補償コンデンサーの
特性と水晶振動子の特性を厳密に管理しなければならな
い等の問題があり、コストが大巾に上がってしまう等の
欠点があった。
また周波数一温度特性だけを考えるならば、ＡＴカット
やＧＴカットのような周波数一温度特性の曲線が三次曲
線を示す水晶振動子があり。
やＧＴカットのような周波数一温度特性の曲線が三次曲
線を示す水晶振動子があり。
実用温度範囲内で周波数変化を少な（することができる
。しかし、この型の水晶振動子は、通常使用周波数がメ
ガヘルツ（ＭＨｚ）の単位であり、安価なＭＯ８型ＩＣ
では消費電流が多いため高価なＳＯ８型ＩＣを使用せざ
るを得ない等の問題がある。
。しかし、この型の水晶振動子は、通常使用周波数がメ
ガヘルツ（ＭＨｚ）の単位であり、安価なＭＯ８型ＩＣ
では消費電流が多いため高価なＳＯ８型ＩＣを使用せざ
るを得ない等の問題がある。
本発明の目的は、このような欠点を解消するため、低周
波の音叉型水晶片を使用しながら、簡単な構成で月差１
ｏ秒以内の精度を有する電子腕時、 計を提供すること
にある。
波の音叉型水晶片を使用しながら、簡単な構成で月差１
ｏ秒以内の精度を有する電子腕時、 計を提供すること
にある。
本発明の要旨は、エツチング加工により形成される水晶
振動片の主振動面内に貫通穴を設は周波数一温度特性の
二次温度係数αを ２、８ ｘ １ｏ−”ｑ ／℃’以下にしたことを特徴
とする。
振動片の主振動面内に貫通穴を設は周波数一温度特性の
二次温度係数αを ２、８ ｘ １ｏ−”ｑ ／℃’以下にしたことを特徴
とする。
以下に本発明の実施例を従来例と対比し図面により説明
する。
する。
第３図は本発明の一実施例による水晶振動片の平面図で
ある。音叉型水晶片乙の共振波３ａの両枝の巾方向にお
いて略中央部で且枝巾の１／３以下の巾であり、長さ方
向において溝６ｃの略溝底附近より枝長さの１／２以上
の長さの矩形型貫通穴４が明いている。このような水晶
振動片に穴を明ける方法は、水晶原石をウェーハー状に
加工してフォトエツチング加工することにより容易にで
きるようになった。穴明き音叉型水晶片乙の振動姿態は
ｘ、ｙ面内の屈曲振動及び、伸縮振動が合成されたもの
であり、第３図に示す矢印７は振動中のある瞬間の振動
変位の大きさと方向を示している。
ある。音叉型水晶片乙の共振波３ａの両枝の巾方向にお
いて略中央部で且枝巾の１／３以下の巾であり、長さ方
向において溝６ｃの略溝底附近より枝長さの１／２以上
の長さの矩形型貫通穴４が明いている。このような水晶
振動片に穴を明ける方法は、水晶原石をウェーハー状に
加工してフォトエツチング加工することにより容易にで
きるようになった。穴明き音叉型水晶片乙の振動姿態は
ｘ、ｙ面内の屈曲振動及び、伸縮振動が合成されたもの
であり、第３図に示す矢印７は振動中のある瞬間の振動
変位の大きさと方向を示している。
り４図は音叉型水晶振動片３の各部の振動姿態を模式的
に示す図である。（イ）、（ロ）、（ハ）は第３図に示
す（イ）、（ロ）、（ハ）に対応し、各々（イ）は音叉
基部の底部、（ロ）は音叉溝底部、（ハ）は音叉共振波
の先端・部を表わす部分である。従来の音叉型水晶振動
片の振動姿態−は、第４図の点線６に示すような曲線状
となり変曲点は生じない。その原因は音叉枝部に曲げモ
ーメントが生じる片持梁の振動理論から解析される。
′本発明の穴明き音叉型水晶振動片乙の振動姿態は実線
５に示すように、はぼ三次曲線的となり貫通穴４の略中
央部に曲率度変曲点（ニ）が生じる。
に示す図である。（イ）、（ロ）、（ハ）は第３図に示
す（イ）、（ロ）、（ハ）に対応し、各々（イ）は音叉
基部の底部、（ロ）は音叉溝底部、（ハ）は音叉共振波
の先端・部を表わす部分である。従来の音叉型水晶振動
片の振動姿態−は、第４図の点線６に示すような曲線状
となり変曲点は生じない。その原因は音叉枝部に曲げモ
ーメントが生じる片持梁の振動理論から解析される。
′本発明の穴明き音叉型水晶振動片乙の振動姿態は実線
５に示すように、はぼ三次曲線的となり貫通穴４の略中
央部に曲率度変曲点（ニ）が生じる。
有限要素法による振動解析の結果、音叉枝部は全体的に
屈曲振動が強いが１曲率変曲点（ニ）の近傍においては
、伸縮振動が強くなる。
屈曲振動が強いが１曲率変曲点（ニ）の近傍においては
、伸縮振動が強くなる。
第５図は、本発明の具体的一実施例で穴明き音叉型水晶
片動片乙に電極を形成した平面図で、形状及び電極構造
の平面形状の実寸法を拡大して示したものである。゛厚
さが１００μ、巾が７２０μ。
片動片乙に電極を形成した平面図で、形状及び電極構造
の平面形状の実寸法を拡大して示したものである。゛厚
さが１００μ、巾が７２０μ。
長さが３３００μの超小型水晶振動片である。
第６図は、第５図の穴明き音叉型水晶振動片６の各部断
面の電極構成を示したものである。第５図の音叉枝底部
（ホ）は、前述したように屈曲振動を主成分としている
・ため、従来の音叉型水晶振動片とほぼ同様な電極構造
で、第５図の断面ＣＣを第６図Ｃに示すように断面内で
発生する電荷は、振動片の共振波６ａの側面に集中する
が、矩形型貫通穴４の近傍には発生電荷が少ない。
面の電極構成を示したものである。第５図の音叉枝底部
（ホ）は、前述したように屈曲振動を主成分としている
・ため、従来の音叉型水晶振動片とほぼ同様な電極構造
で、第５図の断面ＣＣを第６図Ｃに示すように断面内で
発生する電荷は、振動片の共振波６ａの側面に集中する
が、矩形型貫通穴４の近傍には発生電荷が少ない。
この結果、第６図Ｃの左側の枝において振動片の２面は
■電荷をとらえるため表裏両面すべてに電極が形成され
ているが、貫通穴を除いたＸ面についてはθ電荷が発生
する面に電極が形成されている。
■電荷をとらえるため表裏両面すべてに電極が形成され
ているが、貫通穴を除いたＸ面についてはθ電荷が発生
する面に電極が形成されている。
次に、第５図の音叉枝先端部（へ）は伸縮振動をさせる
ために、第５図の断面１）Ｄを第６図りに示すように、
振動片の共振波６ａの両側面及び貫通穴４の両側面に効
率良く集中するので％Ｘ面の両側に電極が形成されてい
るだけであり、２面には電極が不必要となる。第５図の
音叉枝先端部（ト）の発生電荷と電極の構造については
、同様に第５図のＥＥ断面を第６図Ｅに示すように、左
側の枝において、貫通穴４０両側面に■の電荷が発生し
、２面及び枝３ａの両側面にはθの電荷が発生するため
Ｅ図のような電極構造となる。
ために、第５図の断面１）Ｄを第６図りに示すように、
振動片の共振波６ａの両側面及び貫通穴４の両側面に効
率良く集中するので％Ｘ面の両側に電極が形成されてい
るだけであり、２面には電極が不必要となる。第５図の
音叉枝先端部（ト）の発生電荷と電極の構造については
、同様に第５図のＥＥ断面を第６図Ｅに示すように、左
側の枝において、貫通穴４０両側面に■の電荷が発生し
、２面及び枝３ａの両側面にはθの電荷が発生するため
Ｅ図のような電極構造となる。
第５図に示すような構成にてなる穴明き音叉型水晶振動
片のカットアングルは、Ｚ板をＸ軸の回りに＋３°２０
′回転させることによって、■式における零温度係数温
度Ｔ’ｚ’ｒｃ を所望の２５℃とすることができた
。零温度係数温度近辺においては、温度に対する周波数
変化が少ないために、腕時計としての平均的携帯温度と
零温度係数温度を一致させている。前述したようにカッ
トアングルが＋３°２０′の時、二次温度係数αは従来
より大巾に改善されて、α＝２．６〜２．８ Ｘ １０
＝ｌｆ／”Ｃ”となった。この結果、周波数一温度特性
が従来よりフラットになり、温度変化に対する腕時計の
進み遅れの巾も改善された。このことから本発明の水晶
振動片を用いることにより、温度補償コンデンサーを使
用しな（ても、月差１０秒以内の電子腕時計を提供でき
、しかもコストダウンに寄与できるものである。
片のカットアングルは、Ｚ板をＸ軸の回りに＋３°２０
′回転させることによって、■式における零温度係数温
度Ｔ’ｚ’ｒｃ を所望の２５℃とすることができた
。零温度係数温度近辺においては、温度に対する周波数
変化が少ないために、腕時計としての平均的携帯温度と
零温度係数温度を一致させている。前述したようにカッ
トアングルが＋３°２０′の時、二次温度係数αは従来
より大巾に改善されて、α＝２．６〜２．８ Ｘ １０
＝ｌｆ／”Ｃ”となった。この結果、周波数一温度特性
が従来よりフラットになり、温度変化に対する腕時計の
進み遅れの巾も改善された。このことから本発明の水晶
振動片を用いることにより、温度補償コンデンサーを使
用しな（ても、月差１０秒以内の電子腕時計を提供でき
、しかもコストダウンに寄与できるものである。
なお、本発明の穴明き音叉型水晶振動片の漏れ振動等の
特性を向上させるための最適形状、またクリスタル・イ
ンピーダンスの低減を図るための最適電極構造は、有限
要素法によりシュミレーシ目ンして求めた。
特性を向上させるための最適形状、またクリスタル・イ
ンピーダンスの低減を図るための最適電極構造は、有限
要素法によりシュミレーシ目ンして求めた。
以上に述べたような構成にてなる本発明の穴明き音叉型
水晶振動片の平均的な等価回路常数を下に示す。
水晶振動片の平均的な等価回路常数を下に示す。
共振周波数ｆ ＝３２７６８Ｈｚ１等価抵抗Ｒ，＝４５
にΩ１等価容量Ｃ，＝２．２ｆＦ１等価リアクタンスＬ
、＝１１ ＫＨ，静電容量ｃｏ＝１．ＯＦＦ。
にΩ１等価容量Ｃ，＝２．２ｆＦ１等価リアクタンスＬ
、＝１１ ＫＨ，静電容量ｃｏ＝１．ＯＦＦ。
クォリティーファクターＱ＝５．０Ｘ１０’、容量比Ｃ
ｏ ／ Ｃ＋ ”” ４４０゜ また、本発明は上記した実施例に限定されるものでなく
、主振動面内に種々の形状をした貫通穴を設けることに
よりン水晶振動片の周道数一温度特性を低減する効果が
得られることは勿論である。
ｏ ／ Ｃ＋ ”” ４４０゜ また、本発明は上記した実施例に限定されるものでなく
、主振動面内に種々の形状をした貫通穴を設けることに
よりン水晶振動片の周道数一温度特性を低減する効果が
得られることは勿論である。
更に、音叉形状に限定されるものではなく、且切出し角
度についても＋３°２０′に限定されるものではなく、
零温度係数温度Ｔ’ｚＴｃ をほぼ常温附近にできる
、Ｚ板をＸ軸のまわりに回転させる切出し角度の全てに
適用できることも明白であり、そ′の効果も何等変わら
ない。
度についても＋３°２０′に限定されるものではなく、
零温度係数温度Ｔ’ｚＴｃ をほぼ常温附近にできる
、Ｚ板をＸ軸のまわりに回転させる切出し角度の全てに
適用できることも明白であり、そ′の効果も何等変わら
ない。
このように本発明による貫通穴を設けた水晶振動片を組
み込んだ水晶振動子を使用することＫより周波数一温度
特性の良好な水晶振動子を得ることが出来るので、温度
補償コンデンサーを使用しないでも、高精度な腕時計を
安価に製造することを可能ならしめた。
み込んだ水晶振動子を使用することＫより周波数一温度
特性の良好な水晶振動子を得ることが出来るので、温度
補償コンデンサーを使用しないでも、高精度な腕時計を
安価に製造することを可能ならしめた。
第１図（Ａ）は従来の音叉型水晶振動片の形状を示す平
面図、第１図（Ｂ）はその電極構造を示す第１図（Ａ）
のＡ−Ａ断面図、第２図は従来の水晶振動片を用いた音
叉型水晶振動子の周波数一温度特性を示すグラフ。 第３図は、本発明の一実施例を示す音叉型水晶片の平面
図、第４図は、従来及び本発明の振動姿態を示す模式図
。第５図は、本発明の電極構造を含む水晶振動片の一実
施例を示す平面図、第６図（Ｃ）は第５図のＣＣ断面、
第６図（Ｄ）は第５図のＤＤ断面、第６図（Ｅ）は第５
図のＥＥ断面をそれぞれ示す発生電荷と電極結線の模式
図である。 １・・・・・・音叉型水晶片、 ｌａ、３ａ・・・・・・共振枝、 ２・・・・・・電極、 ６・・・・・・穴明き音叉型水晶片、 ４・・・・・・貫通穴、 ５．６・・・・・・音叉型水晶振動子の振動姿態。 第２図 第３図 第−４図 第５図
面図、第１図（Ｂ）はその電極構造を示す第１図（Ａ）
のＡ−Ａ断面図、第２図は従来の水晶振動片を用いた音
叉型水晶振動子の周波数一温度特性を示すグラフ。 第３図は、本発明の一実施例を示す音叉型水晶片の平面
図、第４図は、従来及び本発明の振動姿態を示す模式図
。第５図は、本発明の電極構造を含む水晶振動片の一実
施例を示す平面図、第６図（Ｃ）は第５図のＣＣ断面、
第６図（Ｄ）は第５図のＤＤ断面、第６図（Ｅ）は第５
図のＥＥ断面をそれぞれ示す発生電荷と電極結線の模式
図である。 １・・・・・・音叉型水晶片、 ｌａ、３ａ・・・・・・共振枝、 ２・・・・・・電極、 ６・・・・・・穴明き音叉型水晶片、 ４・・・・・・貫通穴、 ５．６・・・・・・音叉型水晶振動子の振動姿態。 第２図 第３図 第−４図 第５図
Claims (1)
- エツチング加工により形成され、Ｚ板をＸ軸のまわりに
回転させて成る水晶振動片を備えた水晶振動子において
、該水晶振動片の共振枝の主振動面内に共振枝巾の１／
３以下、共振校長の１／２以上の貫通穴を設け、屈曲振
動と伸縮振動を同時に生せしめるよう電極を形成したこ
とを特徴とする水晶振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16304081A JPS5863212A (ja) | 1981-10-13 | 1981-10-13 | 水晶振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16304081A JPS5863212A (ja) | 1981-10-13 | 1981-10-13 | 水晶振動子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5863212A true JPS5863212A (ja) | 1983-04-15 |
Family
ID=15766033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16304081A Pending JPS5863212A (ja) | 1981-10-13 | 1981-10-13 | 水晶振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5863212A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0611949A2 (en) * | 1993-02-03 | 1994-08-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Angular velocity sensor and its fabricating method |
| EP1202453A2 (en) * | 2000-10-31 | 2002-05-02 | Piedek Technical Laboratory | Flexural mode quartz crystal resonator |
| WO2009143492A1 (en) * | 2008-05-23 | 2009-11-26 | Statek Corporation | Piezoelectric resonator |
| JP2012019440A (ja) * | 2010-07-09 | 2012-01-26 | Seiko Epson Corp | 屈曲振動片、振動子、発振器及び電子機器 |
-
1981
- 1981-10-13 JP JP16304081A patent/JPS5863212A/ja active Pending
Cited By (12)
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| US5445025A (en) * | 1993-02-03 | 1995-08-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Angular velocity sensor having a balanced tuning fork structure and the method of manufacture |
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| WO2009143492A1 (en) * | 2008-05-23 | 2009-11-26 | Statek Corporation | Piezoelectric resonator |
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