JPS6163108A - 音叉型水晶振動子 - Google Patents

音叉型水晶振動子

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JPS6163108A
JPS6163108A JP18563084A JP18563084A JPS6163108A JP S6163108 A JPS6163108 A JP S6163108A JP 18563084 A JP18563084 A JP 18563084A JP 18563084 A JP18563084 A JP 18563084A JP S6163108 A JPS6163108 A JP S6163108A
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JP
Japan
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electrode
tuning fork
electrodes
branch
base
Prior art date
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JP18563084A
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English (en)
Inventor
Susumu Goto
進 後藤
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Citizen Watch Co Ltd
Original Assignee
Citizen Watch Co Ltd
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Publication date
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  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は音叉型水晶振動子の屈曲第2次倍調波振動を生
じさせる電極形状に関する。
〔発明の背景及び従来技術と問題点〕
現在普通に製造されている水晶振動子の振動姿態はAT
カットと呼ばれる厚みすベリ振動の振動子である。AT
カット振動子は通常3M)(z以上の周波数に用いられ
、円形水晶板の中央部に円形電極がついた形をしている
ものをHC−18/U、HC−43/Uというようなケ
ースに入れたものが使われているが、最近では小形化が
進められ、短冊状の水晶板を3朋φ×8龍のパッケージ
に納めた振動子が4MHz以上の周波数で製造されてい
る。次に一般に多く用いられている水晶振動子は32K
I(z音叉型振動子である。この音叉型撮動子は3朋φ
×8罪のパンケージに納められたものから、より小形化
された2朋φ×6m7Aの〕くノケージのもの、更に1
.4龍φX5+++711の小型のものまで生産されて
いる。
この音叉型振動子は、16 K Hzから150KHz
までが適用周波数となってし・る。
従来、音叉型振動子が、150 K11zより低い周波
数で用いられてきた理由は、振動姿態の解析が充分行わ
れず、伝統的に、基本波のみが用℃・られてぎたためで
あり、更に、基本波では周波数が高くなると音叉枝長が
短くなり、寸法精度が悪化して、振動子の特性が低下す
るためである。
以上述べてきたように16KHzから150KHzまで
の音叉型振動子と3MHz以上のATカット振動子では
小形化、低価格化が急速に進んできている。ところがこ
れらの振動子の中間に位置する150KHzから3MH
zまでの周波数では、DTカット、SLカットなどの輪
郭振動モードの振動子が主に使用されている。
これらの振動子は板状の振動子で、水晶板の輪郭が動く
ので、動かない水晶板の中央部に支持用のリード線を取
り付け、そのリード線を保持容器に取りつける構造にな
っている。
こめ゛よ5な支持構造のため衝惟に弱いという欠点があ
る。共振周波数は水晶板の輪郭寸法によって決定される
ため、寸法が比較的大きくなってしまうと℃・う欠点が
ある。例えば、600 K llzの橡動子をDTカッ
ト、SLカット振動子で設計すると、振動子の犬、きさ
は各々3.45 X 3.45 mm、3、07 X 
7.67 mruとなり、かなり大形となってしまう。
その上リード線を取り付ける位置によって、振動子の特
性が変わり、組立てが難しく、量産に向かない。
このような理由により、従来150KHzから3MHz
までの周波数では、大型で高価な振動子となってしまっ
ていた。
〔発明の目的〕
本発明はこのような欠点を解消させ、150 K11z
から3MHzまでの周波数帯の振動子の小形化、低価格
化を実現することを目的としている。
更に本発明は、音叉型水晶振動子の第2次倍調波振動を
励振し、基本波、第1次倍調波振動を抑制する電極を形
成することを目的とするものである。
〔発明の構成〕
本発明の構成は、音叉の枝を長さ方向に3つの領域に分
け、各領域の音叉の少なくとも3つの面に電極を配置し
、隣接する領域の電極の電気的接続法は、平面電極と側
面電極が相互に接続l7、各領域内では、平面電極と側
面電極が、電気的に絶縁され、且つ、各領域の分割線は
、音叉枝長をlとしだ時溝底部と溝底部から枝上0.2
1までの間に1本、溝底部から枝上0.351ないし0
.651までの間に1本配置された電極を有する水晶振
動子である。
〔発明の実施例〕
一般に、音叉型振動子の周波数は、次式で近似的に求め
られる。
f二K w / l ” ここで、fは音叉の共振周波数、Kは音叉の形状寸法及
び音叉を形成する材質によって定まる周波数定数、Wは
音叉の枝の巾、jは音叉の枝の長さを表わす。
第1次倍調波、笑2次倍調波の振動姿態の周波数定数は
基本波の約6倍、16倍だけ大きい値になっている。
従って同一音叉形状寸法で、第1次倍調波、第2次倍調
波は基本波の周波数の約6倍、16倍高い周波数で共振
する。周波数を一定とすれば、音叉の校長は、基本波に
比較し、第1次倍調波は、約JN = 2.4倍、第2
次倍調波は、約q = 4倍長くすることができるため
、加工精度が、それだけ相対的に向上する利点がある。
  ・従って、高い周波数で、音叉を共振させるために
は、基本波振動より、第1次倍調波の方が有利であり、
更に第1次倍調波より第2次倍調波の方が有利である。
次に本発明の一実施例を図に基すいて説明する。
第1図は、Z板音叉型水晶振動子の一方の枝の4面に励
振電極を配置し、他方の枝に発生させた電荷を測定して
得た校長に対応する電荷を示す図である。F−0は基本
波、01は第1次倍調波、す2は第2次倍調波を表わす
。縦軸は電荷を、横軸は音叉の枝上の位置を示す。電荷
は歪に比例していることが知られているので以下歪と呼
ぶ。
第2.3図は本発明の一実施例を説明するための図で、
第2図は振動子の表から見た斜視図であり、第3図は、
振動子の裏から見た斜視図である。
1.2は音叉の左右の枝を、6は基部を、4は溝底部を
示す。音叉の溝底部4を原点Oとし、溝底部4から音叉
の枝1.2の先端5.6までの長さをlとする。
第1図に於て、基本波F0は音叉の基部6から先端5.
6までの全体に亘って正の歪をなしている。第2次倍調
波02は、基部6かも枝1.2の0、191附近までは
正の歪、0.191附近で零歪、0.197附近から枝
の先端5.6まで負の歪を示している。第2次倍調波0
2の歪分布は溝底部4から枝の先端5又は6の方へ約0
,1e隔った点P、と約0.461隔った点P2で歪が
零を示している。基部乙の方へ溝底部4から約0.22
1だけ隔った点から点P1までは歪が正、点P、から点
P2までは歪が負、点P2から枝の先端5又は6までは
歪が正を示している(以下点P1を第1歪零点、点P2
を第2歪零点と呼ぶ)。音叉の形状、寸法、支持構造に
よって多少異るが、一般には第1歪零点P1は溝底部4
ど溝底部4から枝1.2の先端5.6の方へ0.21隔
った点との間にある、第2歪零点P2は溝底部4から枝
1.2の先端5.6の方へ01351隔つ1こ点と0,
651隔った点の間にある。
次に電極の構成を図に基すいて説明する。
−2図、第3図において、斜線又は点を施した区域は電
極を表わしている。斜線を施した電極は相互に接続され
ている。また、点を施した電極も相互に接続されている
。点の施された電極の接続を次に説明する。
第2図の基部電極7は、接続電極35を経て平面電極1
0に接続される。一方、側面電極15を経て、裏面へ回
り、第3図に示す基部電極22、接続電極52へ接続さ
れる。接続電極52は平面電極26、接続電極51、側
面電極62、接続電極46を経て、基部の平面電極26
へ接続される。
平面電極26は接続電極47、側面電極60、接続電極
49を経て平面電極27に接続される。また平面電極2
6は接続電極54により側面電極17へ接続され、先端
5を経て側面電極64へ接続される。平面電極27は接
続電極50により側面電極19に接続される。更に接続
電極46により平面電極14に接続される。溝底部4附
近の側面電極62は接続電極68により平面電極11に
接続される。
次に斜線の施された電極の接続を説明する。
第2図の基部電極8は第3図に示す側面電極29、基部
電極21に接続され、接続電極45によって平面電極2
4に接続される。一方、側面電極29から表へ回り接続
電極42を経て平面電極12に接続される。平面電極1
2から接続電極41、側面電極18、接続電極66を経
て平面電極9に接続される。平面電極9からは接続電極
67により側面電極16に接続され、更に接続電極69
により平面電極16に接続される。平面電極16は接続
電極40により側面電極36に、更に裏へまわり、接続
電極53により平面電極28に接続される。側面電極1
8はもう一方の裏面の接続電極48により平面電極25
に接続される。
表面の平面電極12は更に接続電極44により側面電極
61、先端6を回って側面電極20に接続される。
基部電極7.22は容器の2本のリード線の中の1本の
リード線に導電性接着剤又はノ・ンダにより接着される
。基部電極8.21は容器のも5一方のリード線に同様
に接着される。但し容器は図示しない。平面電極9.2
4は基部6から音叉の枝1の元の方にかけて連続的に配
置される。配置−される位置は次に記載の始点と終点の
間とする。
溝底部4から基部乙の上を基部電極7.22の方向へ0
.2 Jないし0.31隔った線を始点とし溝底部4な
いし溝底部から0.21!隔った線A+B+C,D、を
終点とする(線A、B、C,IJ、を第1分割線と呼ぶ
)。側面電極15は、基部6から第1分割線A、B、 
 までの間に配置される。側面電極62は溝底部4に可
能な限り近い点から、第1分割線C,D、までに配置す
る。平面電極9、24、側面電極15.32を第1分割
励振電極と呼ぶ。尚、音叉の形状によっては、第1歪零
点P、が溝底部4に近いため、溝底部の側面電極62を
形成できない場合もある。
平面電極11.26、側面電輪16.36は第2分割励
振電極と呼ばれ、音叉の枝1の上に、第1分割線A1 
BI C1L)1から第2分割線A2B2C2D2まで
の間に配置する。第2分割線A2B2C2D2は溝底部
4から音叉の先端5に向ってQ、351ないし0.65
I!隔った線とする。
平面電極13.28、側面電極17.64は、音叉の枝
1の上、第2分割線A2B2C2D2から先端5近くま
で配置される。普通、音叉の先端5附近には、周波数調
整用の錘りを附加するので、平面電極13.28は溝底
部4から0,7!ないし、0.91までの間に配置され
る。
平面電極16.28、側面電極17.64は第3分割励
振電極と呼ぶ。以上、音叉の枝1について説明したが、
枝2についても同様である。
音叉の巾方向の中心線EFに対して相対向する面上の電
極の接続について、第2図、ツ3駒により説明する。平
面電極9と10.11と12.16と14.26と24
.25と26.27と28、側面14項15と29.1
6と60.17と61.18と62.19と36.20
と64は電気的に絶縁する。
第4図、第5図は、本発明の他の実施例を説明するため
の音叉型水晶振動子の斜視図である。第4図は、振動子
の表から見た斜視図で、第5図は、振動子の裏から見た
斜視図である。音叉の枝101の第1分割励振電極は、
平面電極109゜126、側面電極115の如く3個の
励振電極から構成されている。A、B、C,D、は第1
分割線、A、B2C2D、は第2分割線を示す。′fL
’2分割励振電極は平面電極111,125、側面電極
116.161より構成され、第3分割励振電極は平面
電極116,127、側面電極117.162より構成
されている。
第2、第3分割励振電極は夫々4個の励振電極から構成
されている。枝102についても同様である。
次に電極の接続について説明する。
基部電極107は、接続電極136、平面電極110、
接続電極138、側面電極118、接続電極140.平
面電極114に接続される。更に接続電極169により
側面電極129へ、接続電極144,146により夫々
平面電極122゜126へ接続される。
さらに°基部電極107は側面電極115、基部電極1
21、接続電極134、平面電極111、接続電極13
6、側面電極117.162、接続電極150、平面電
極125に接続される。
今、点を施した電極について説明したが、斜線を施した
電極についても同様な接続となる。
基部電極120は、接続電極142、平面電極126、
接続電極147、側面電極161、接続電極149、平
面電極127に接続される。更に接続電極148により
、側面電極116へ、接続電極165,167により夫
々平面電極109゜116へ接続する。
一方、基部電極120は、側面電極128、基部電極1
08、接続電極146、平面電極124、接続電極14
5、側面電極130.119、接続電極141.平面電
極112に接続される。
、次に各分割励振電極の作用につし・て説明する。
容器の2本のリード線に外部の電子回路を接続し各分割
励振電極に高周波電圧を印加することにより、音叉に圧
電振動が励振され、ある半周期に於ける電界の模様を図
示すると、算6図に示す通りである。第6図は音叉の枝
を分割励振電極のところで巾方向(X軸方向)に切った
断面図である。
音叉の枝1については、第1、第3分割励振電極は(N
に示し、第2分割励振電極は(B)に示す。電界のX軸
方向(巾方向)の成分が、水晶にY軸方向(長さ方向)
の歪を誘起する。音叉の枝の中心線を境にして、左側を
正とすれば、右側は負となり屈曲振動が励振される。
音叉の枝1.2の中心線の左側である外側について見る
と、第1.第3分割励振電極は歪が正、第2分割励振電
極は負となり、WL1図の歪分布曲線の中、第2次倍調
波4辰動02と符号が一致する。
仮に何らかの原1ガにより基本波周波数で励振されたと
すると、第1分割励振電極と第3分割励振電極又は第2
分割励振電極の何れかの電極が作用オる歪と基本波振動
の歪とが相殺し合い基本波振動が防止できる。
同様に、第1次倍調波周波敬で励振されても、算】、2
.3分割励振電極の何れかによって作用される歪と第1
次倍調波振動の歪とが相殺し、第1次倍調波振動を防止
することができる。
以上の実施例から明らかなように、本発明によれば、屈
曲振動基本波、第1次倍調波振動を防止し第2次倍調波
振動を効率よ(励振することができる。
音叉基部6の歪を第1図で比較してみると、第2次倍調
波し)2は基本波F0よりはるかに少な(なっているこ
とが分る。特に溝底部附近に於て著しい。従って振動が
支持部から外部へ伝わる量が少なくなり、支持が容易に
なる。音叉を基本波F0で過度に励振すると、音叉枝が
溝底部4から割れることがあるが、第2次倍調波02で
は、原点O即ち溝底部4附近の歪が小さくなるので割れ
難くなる。  。
〔発明の効果〕
以上、説明したように本発明によれば、小型で支持の容
易な、過励振でも割れない低価格の150 :′y I
lzから31’vl Hzまでの振動子を提供すること
ができる。尚本発明は、側面電極を有する振動子につい
て説明したが、平面電極のみを有する振動子についても
適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
第1図は電荷図、第2、第3図は本発明の1実施例を示
す斜視図、第4、第5図は本発明の他の実施例を示す斜
視図、第6図は振動子の断面図である。 Fo・・・・・・基本波振動、 Ql・・・・・・第1次倍調波振動、 02・・・・・・第2次倍調波振動、 1.2,101,102・・・・・・音叉の枝、6.1
06・・・・・・音叉の基部、 4.104・・・・・・溝底部、 E、 F・・・・・・巾方向の中心線。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)音叉の枝を長さ方向に3個の領域に分割し、各領
    域の音叉の枝の平面と側面の4個の表面に対し少なくと
    も3個の表面に電極を配置し、同一領域内の平面電極と
    側面電極は電気的に絶縁し、隣接する領域の平面電極と
    側面電極が電気的に接続されたことを特徴とする音叉型
    水晶振動子。
  2. (2)音叉の巾方向の中心線に対し、左右の音叉の枝又
    は基部上の互いに相対向する面上の電極は、電気的に絶
    縁されたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    音叉型水晶振動子。
  3. (3)領域の分割線は音叉枝長を1とした時溝底部と溝
    底部から音叉枝上音叉枝長の0.2隔てた位置との間及
    び、溝底部から音叉枝上音叉枝長の0.35隔てた位置
    と0.65隔てた位置との間に配置されたことを特徴と
    する特許請求の範囲第2項記載の音叉型水晶振動子。
JP18563084A 1984-09-05 1984-09-05 音叉型水晶振動子 Pending JPS6163108A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02501862A (ja) * 1988-05-17 1990-06-21 サンドストランド・データ・コントロール・インコーポレーテッド 振動するビーム変換器のための電極形状
GB2405703A (en) * 2003-09-08 2005-03-09 Kwok Hung Chan Learn-and-play programming method for motorized toys and domestic appliances

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