JPS62194718A - 輪郭すべり水晶振動子 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は温度を計測するために温度センサーとして使用
する温度センサー輪郭すべり水晶振動子に関する。特に
、周波数温度に対して直線性に優れている輪郭すべり水
晶振動子の切断角に関する。

〔発明の概要〕

この発明は輪郭すべり水晶振動子を温度計測の温度セン
サーとして使用する場合、温度計測を高精度、且つ、広
温度範囲にわたって行える振動子の最適切断角度を提供
するものである。

〔従来の技術〕

温度計測はあらゆる物理計測の基礎をなすものであり、
種々様々な方法が提案、実用化されてきた。一般的には
構造計測が簡単で最も多用されている熱電対方式がある
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、最近は装置の小型化、低消費電力化、軽
量化と一緒に、温度計測の広い温度範囲で、且つ、高精
度化が要求されてきている。前記した熱電対方式は電圧
温度特性で１℃当たりの電圧が小さく、即ち、感度が悪
いために温度計測の精度に限界があった。更に、低温側
から高温側まで広い温度範囲にわたって１つの熱電対で
高精度に温度計測することは大変に難しかった。このよ
うに、従来の熱電対方式では最近の要望に充分に応えら
れないのが実状である。又、厚みすべり振動モードを使
用した温度センサーが提案されているが、周波数が高い
ために消費電力が多く、又、振動子サイズが太き（衝撃
に弱く、支持方法が難しい等の欠点があった。そこで、
本発明は前記の欠点を改善する温度計測用の新センサー
をＩｇするものであり、特に、周波数が２Ｍｌ１ｚ前後
と比較的低い輪郭すべり水晶振動子を提供するものであ
る。換言するならば、小型で、耐衝撃性、信頼性に優れ
高精度計測ができ、且つ、低消費電力の温度計測用輪郭
すべり水晶振動子を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は本発明の輪郭すべり水晶振動子の座標系を示し
、本振動子はＹ板をＸ軸を回転軸としてθ度回転した板
から形成される。このカット角θは計算と実験から求め
られる。以下、具体的に説明する。まず、広い温度範囲
にわたって直線性を有する輪郭すべり水晶振動子の計算
方法を説明する。水晶板を第１図の座標系で示すと、周
波数方程式は近位的に以下の式で与えられる。

ここで、ρは水晶の密度、ＳＳＳは座標回転後の弾性コ
ンプライアンス、１．ｗは振動子の長さと幅、ｍ、ｎは
振動次数によって決まる定数で基本波のときにはｍ＝ｎ
＝１である。式（１）の周波数ｆは温度の関数であるか
ら、任意の温度、ここでは２５°ＣにてＴａｙｉｏｒ展
開をして１次温度係数αと２次温度係数βをカット角θ
の関数として求めることができる。第２図はその計算結
果と実験値を示す。横軸にカット角θと縦軸にα、βを
示す。又実線は計算値で、Ｏ１Ｘ印は実験値である。本
計算によるとｎ＝０となるカット角θは計算値で約４７
．９　”　、実験値で約４７．５　’″であり、このと
きのαはそれぞれ５５．０ｐｐｍ／’Ｃ１と４０．５ｐ
ｐ＋ｍ／　’Ｃであった。

それ故、計算と実験で直線性に優れた温度センサーを開
発することができた。本発明の直線性を有する輪郭すべ
り水晶振動子はθ＝　　４’７．５’で最良であるが、
実際にはβがばらつ（。よってｎ＝０が好ましいのであ
るが、本発明ではβのバラツキを含め、直線性を十分に
有する振動子を得るにはカット角が４６″〜５３″であ
れば十分である。

〔作用〕

このように、本発明は輪郭すべり水晶振動子のカット角
θを最適に選ぶことによって周波数温度特性に於いて直
線性に優れた温度センサーを得るものである。この結果
、広い温度範囲にわたって高精度の温度計測を可能にで
きた。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第３図は本発明の輪郭すべり水晶振動子の一実施例であ
る。振動子の幅、長さはそれぞれ１．５釦−カット角θ
は５０″′のときの一例で、このときのαは約５０ｐｐ
＋ｓ／’Ｃであった。第３図から明らかなように、広い
温度範囲にわたって直線性に優れた輪郭すべり水晶振動
子を得ることができた。

第４図、第５図は本発明の振動子形状の各実施例を示す
。水晶１の振動部５の上下面には励振電極２が配置され
、この電極により振動子を励振する。又、水晶１の振動
部５は支持部３と接続部４を介して接続、一体成形され
ている。第４図は両端支持部が一ケ所で接続されている
形状であるが第５図は別々の場合の例である。即ち、第
４図に示す実施例は、振動子のＸ軸方向に２つの支持部
を有し、振動部の長さ！、又、幅方向はＺ′軸方向と一
致するように設けられている。水晶１の振動部５の上下
面に励振ｉ掻２が配置され、交流電圧を印加することに
よって容易に振動を引き起こすことができる。又、水晶
１の振動部５は支持部３と接続部４を介して一体に形成
されている。更に、両端支持部は中央で接続されている
。一方、第５図は他の実施例で振動部５の両端に支持部
３が接続部４を介して接続されている。

このように、振動部と支持部を一体に形成することによ
って、耐衝撃性、小型化を図ると同時に周波数が１−　
ｗ　＝１．５６ｍｍのとき約２ＭＨｚと低いので低消費
電力化が可能となった。第４図、第５図では励振電極形
状を円形に選んだが、矩形板上全面に電極を配置しても
円形電極と同様に優れた電気的特性が得られることは言
うまでもない。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明は輪郭すべり水晶振動子の切
断角度を最適に選ぶことにより、周波数温度特性間に於
いて、広い温度範囲にわたり、直線性に優れた水晶セン
サーを得ることができるので、高精度の温度計測を広温
度範囲にわたってできる効果を有する。又、周波数が約
２ＭＨｚと比較的低周波数であるので１１発振回路での
消費電力が少ないという効果をも有する。更に、振動部
と支持部を化学的形成にて一体に成形しているので小型
化ができ、且つ、耐衝撃性に優れる等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の輪郭すべり水晶振動子の座標系と最適
カット角を得るための振動板を示す斜視図、第２図は本
発明の輪郭すべり水晶振動子の計算と実験による１次温
度係数α、２次温度係数βとカット角θとの関係を示す
図、第３図は本発明の輪郭すべり水晶振動子の周波数温
度特性の一例を示す図、第４図、第５図は本発明の輪郭
すべり水晶振動子形状と電極配置の実施例を示す側面図
と平面図である。 １・・・水晶 ２・・・励振雪掻 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　輪郭すべり水晶振動子に於いて、前記水晶振動子はＹ
   板をＸ軸を回転軸として４６°〜５３°回転した角度の
   板から形成されている事を特徴とする輪郭すべり水晶振
   動子。