JPS6246087B2 - - Google Patents
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- JPS6246087B2 JPS6246087B2 JP53104214A JP10421478A JPS6246087B2 JP S6246087 B2 JPS6246087 B2 JP S6246087B2 JP 53104214 A JP53104214 A JP 53104214A JP 10421478 A JP10421478 A JP 10421478A JP S6246087 B2 JPS6246087 B2 JP S6246087B2
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- JP
- Japan
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- thickness
- crystal resonator
- bending
- harmonic
- frequency
- Prior art date
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Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 42
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 32
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
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- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
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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
- H03H9/02—Details
- H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
- H03H9/02157—Dimensional parameters, e.g. ratio between two dimension parameters, length, width or thickness
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
- H03H9/02086—Means for compensation or elimination of undesirable effects
- H03H9/02102—Means for compensation or elimination of undesirable effects of temperature influence
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は厚みすべり振動に屈曲振動が強く結合
した厚みすべり屈曲水晶振動子に関する。
した厚みすべり屈曲水晶振動子に関する。
本発明の目的は厚みすべり屈曲水晶振動子の辺
比、特に、長さと厚みの比と幅と厚みの比を適当
に組み合せることによつて周波数−温度特性の優
れた、しかも、超小型厚みすべり屈曲水晶振動子
を提供することにある。
比、特に、長さと厚みの比と幅と厚みの比を適当
に組み合せることによつて周波数−温度特性の優
れた、しかも、超小型厚みすべり屈曲水晶振動子
を提供することにある。
近年、腕時計の電子化が進められその高精度化
がはかられているが現在この一例として音叉型屈
曲水晶振動子を周波数標準として用いた水晶腕時
計が実用化されている。この音叉型屈曲水晶振動
子の周波数−温度特性はいわゆる２次曲線となり
広い温度範囲にわたつて精度の高い安定した周波
数を得ることは難しく、そのため、温度によつて
静電容量の変わるチタン酸バリウムコンデンサー
を用いて温度補償を行なうことによりかなり精度
の高い水晶腕時計が実用化されている。しかし、
その際精度を上げようとすれば温度補償用コンデ
ンサーと水晶振動子の温度特性を最適なところに
合わせる必要があり、さらに温度補償用コンデン
サーの容量の経時変化が問題となつてくるので、
ある程度以上の高精度化は不可能である。
がはかられているが現在この一例として音叉型屈
曲水晶振動子を周波数標準として用いた水晶腕時
計が実用化されている。この音叉型屈曲水晶振動
子の周波数−温度特性はいわゆる２次曲線となり
広い温度範囲にわたつて精度の高い安定した周波
数を得ることは難しく、そのため、温度によつて
静電容量の変わるチタン酸バリウムコンデンサー
を用いて温度補償を行なうことによりかなり精度
の高い水晶腕時計が実用化されている。しかし、
その際精度を上げようとすれば温度補償用コンデ
ンサーと水晶振動子の温度特性を最適なところに
合わせる必要があり、さらに温度補償用コンデン
サーの容量の経時変化が問題となつてくるので、
ある程度以上の高精度化は不可能である。
そこで前記の欠点を改善するために周波数−温
度特性が３次曲線となるｘ軸方向に最大寸法を有
するATカツト厚みすべり水晶振動子が注目され
るようになり、現在、腕時計用として使用できる
サイズでの研究、開発が進められているが、まだ
腕時計用として使用できないのが現状である。
度特性が３次曲線となるｘ軸方向に最大寸法を有
するATカツト厚みすべり水晶振動子が注目され
るようになり、現在、腕時計用として使用できる
サイズでの研究、開発が進められているが、まだ
腕時計用として使用できないのが現状である。
第１図は従来の円板型ATカツト水晶振動子の
概観図である。第１図の１は水晶振動子、２，３
は水晶振動子を支持するためのスリツトを持つた
電極端子である。４は水晶振動子のほぼ中央に配
置された電極であり、裏面にも配置されている。
（図示されてない）従来のATカツト水晶振動子
は第１図に示したようにその平面形状が円形であ
るので腕時計用水晶振動子として用いるためにそ
の径を充分小さくすると特性の劣化をまねく。更
に、従来の音叉型屈曲水晶振動子と比較した場
合、寸法が大きいという欠点があるので腕時計用
水晶振動子として使用することは困難であつた。
概観図である。第１図の１は水晶振動子、２，３
は水晶振動子を支持するためのスリツトを持つた
電極端子である。４は水晶振動子のほぼ中央に配
置された電極であり、裏面にも配置されている。
（図示されてない）従来のATカツト水晶振動子
は第１図に示したようにその平面形状が円形であ
るので腕時計用水晶振動子として用いるためにそ
の径を充分小さくすると特性の劣化をまねく。更
に、従来の音叉型屈曲水晶振動子と比較した場
合、寸法が大きいという欠点があるので腕時計用
水晶振動子として使用することは困難であつた。
第２図は円板形状を更に小型化した矩形ATカ
ツト水晶振動子の概観図である。５は矩形ATカ
ツト水晶振動子で両端がベベル加工されている。
ツト水晶振動子の概観図である。５は矩形ATカ
ツト水晶振動子で両端がベベル加工されている。
長さx0は水晶の電気軸Ｘ軸方向に選ばれる。即
ち、Ｘ軸方向に最大の寸法を有する振動子であ
る。
ち、Ｘ軸方向に最大の寸法を有する振動子であ
る。
更に、厚みy0、幅z0の方向はＸ軸を回転軸とし
て回転したとき、機械軸Ｙ、光軸Ｚの作る新軸
Y′，Z′の方向とそれぞれ一致している。この振動
子の変位方向はＸ軸と平行であるので、Ｘ軸方向
の水晶端部で支持をするとエネルギー損失が多
く、特性の劣化をまねく等の欠点を有し、特に、
腕時計に使用できる長さx0のときには顕著にあら
われる。そこで、前記水晶振動子を改善した特
許、特開昭52−90289が出願されているが、最大
寸法の大きさについては具体的に記述されておら
ず、その寸法が厚みすべり屈曲水晶振動子に支え
る影響については全く知られていなかつた。
て回転したとき、機械軸Ｙ、光軸Ｚの作る新軸
Y′，Z′の方向とそれぞれ一致している。この振動
子の変位方向はＸ軸と平行であるので、Ｘ軸方向
の水晶端部で支持をするとエネルギー損失が多
く、特性の劣化をまねく等の欠点を有し、特に、
腕時計に使用できる長さx0のときには顕著にあら
われる。そこで、前記水晶振動子を改善した特
許、特開昭52−90289が出願されているが、最大
寸法の大きさについては具体的に記述されておら
ず、その寸法が厚みすべり屈曲水晶振動子に支え
る影響については全く知られていなかつた。
そこで、本発明は、特に、厚みすべり屈曲水晶
振動子の長さx0と厚みy0との関係を明らかにし
た。以下、本発明について詳細に説明する。
振動子の長さx0と厚みy0との関係を明らかにし
た。以下、本発明について詳細に説明する。
第３図は本発明の厚みすべり屈曲水晶振動子の
切り出し角を示し、Ｘ，Ｙ，Ｚは各々水晶の電気
軸、機械軸、光軸でＸ軸を回転軸としてθ度回転
されている。通常θは約35゜に選ばれる。x0，
y0，z0は各々、水晶振動子の幅、厚み、長さを示
している。従来のATカツト水晶振動子のように
厚みy0に比して、長さz0、幅x0が非常に大きいと
きは純粋な厚みすべり振動モードで振動をする
が、本発明で考えているような寸法、即ち、x0／
y0が1.0〜4.0なる寸法ではすでに純粋な厚みすべ
り振動は存在せず、これに屈曲振動が強く結合し
た厚みすべり屈曲振動を引き起こすことになる。
この研究は雑誌ジヤーナル・オブ・アプライド・
フイジツクス（Journal of applied physics）第
22巻第３号（1951年３月）に詳細に述べられてい
る。しかし、この論文ではx0／y0については詳細
に述べられているがz0／y0の影響については全く
述べられていない。第４図は前記論文によつて述
べられている辺比x0／y0と規格化された周波数
ｗ／w0の関係を示し、ｒは屈曲モードの高調波
次数を示している。（w0は無限板の厚みすべり屈
曲水晶振動子の共振周波数）第４図から明らかな
ように、例えば、屈曲振動の第四高調波振動に対
して辺比x0／y0は2.0〜4.0に自由に選択できるこ
とは容易に推測できるが、実際辺比x0／y0の数値
をいくつにするかは非常に難しい。なぜならば、
長さz0と厚みy0の比によつて各屈曲モードでの結
合状態が変化し、更には、x0／y0とz0／y0の値を
充分に選択しないと奇生振動を主振付近に生じ好
ましくない。その上、本発明では辺比z0／y0の数
値によつて周波数温度特性が異なることを見い出
し、それ故、z0／y0の数値はx0／y0の数値と周波
数温度特性の点からも密接な関係を有しているこ
とがわかつた。
切り出し角を示し、Ｘ，Ｙ，Ｚは各々水晶の電気
軸、機械軸、光軸でＸ軸を回転軸としてθ度回転
されている。通常θは約35゜に選ばれる。x0，
y0，z0は各々、水晶振動子の幅、厚み、長さを示
している。従来のATカツト水晶振動子のように
厚みy0に比して、長さz0、幅x0が非常に大きいと
きは純粋な厚みすべり振動モードで振動をする
が、本発明で考えているような寸法、即ち、x0／
y0が1.0〜4.0なる寸法ではすでに純粋な厚みすべ
り振動は存在せず、これに屈曲振動が強く結合し
た厚みすべり屈曲振動を引き起こすことになる。
この研究は雑誌ジヤーナル・オブ・アプライド・
フイジツクス（Journal of applied physics）第
22巻第３号（1951年３月）に詳細に述べられてい
る。しかし、この論文ではx0／y0については詳細
に述べられているがz0／y0の影響については全く
述べられていない。第４図は前記論文によつて述
べられている辺比x0／y0と規格化された周波数
ｗ／w0の関係を示し、ｒは屈曲モードの高調波
次数を示している。（w0は無限板の厚みすべり屈
曲水晶振動子の共振周波数）第４図から明らかな
ように、例えば、屈曲振動の第四高調波振動に対
して辺比x0／y0は2.0〜4.0に自由に選択できるこ
とは容易に推測できるが、実際辺比x0／y0の数値
をいくつにするかは非常に難しい。なぜならば、
長さz0と厚みy0の比によつて各屈曲モードでの結
合状態が変化し、更には、x0／y0とz0／y0の値を
充分に選択しないと奇生振動を主振付近に生じ好
ましくない。その上、本発明では辺比z0／y0の数
値によつて周波数温度特性が異なることを見い出
し、それ故、z0／y0の数値はx0／y0の数値と周波
数温度特性の点からも密接な関係を有しているこ
とがわかつた。
第５図は辺比z0／y0をパラメーターにしたとき
の辺比x0／y0と二次温度係数との関係を示す。辺
比x0／y0が一定のときは辺比z0／y0が大きいほど
二次温度係数が小さくなり、辺比z0／y0が小さく
なるに従つて二次温度係数は大きくなる。これは
辺比z0／y0が小さくなると輪郭による影響が強く
なり二次温度係数が大きくなる。一方、辺比z0／
y0が一定のときは辺比x0／y0が小さくなるに従つ
て二次温度係数は大きくなる。これは辺比x0／y0
が小さくなるに従つて、純粋な厚みすべり振動か
らこれに屈曲振動が強く結合した厚みすべり屈曲
振動を引き起こすことになり、二次温度係数は
徐々に大きくなる。特に、辺比x0／y0と二次温度
係数との関係は前記論文により容易に計算によつ
て求めることができる。ところで本発明は第４図
で示したように屈曲振動の第二高調波に対して辺
比x0／y0を1.2〜1.8、第四高調波に対して2.1〜
3.5、第六高調波に対して3.6〜4.0、これらの辺比
x0／y0の間で屈曲振動と強く結合する厚みすべり
屈曲振動の存在することが確認された。これらの
辺比に対して辺比z0／y0は寄生振動と周波数温度
特性を考慮に入ると屈曲振動の第二高調波に対し
て15.0〜18.0、第四高調波に対して9.0〜15.0、第
六高調波に対して7.5〜9.0に選ばれる。更に詳述
するとx0／y0の比が小さくなると、２次温度係数
は徐々に絶対値が大きくなる。それ故、良好な周
波数温度特性を得るにはz0／y0の比を大きくし、
z0／y0による温度特性への影響を小さくするため
に、z0／y0は大きな値とし、同時に、寄生振動を
除去できる寸法となつている。即ち、x0／y0が小
さくなる時には、z0／y0を大きくし、逆にx0／y0
が比較的大きくなる時には、z0／y0を小さくし、
良好な周波数温度特性が得られ且つ、小型化でき
るように寸法を決めている。本発明では、１次温
度係数α＝０となり、２次温度係数βの絶対値が
1.8×10-8／℃２以下となるように寸法を決めて
いる。この周波数温度特性は２次曲線で近似でき
るがβは音叉型屈曲水晶振動子の場合の約1/2で
あり、優れた温度特性を示す。第６図は本発明に
よる周波数温度特性の一実施例を示し、辺比x0／
y0を3.3、辺比z0／y0を13.0に選んだときの周波数
温度特性を示し、常温付近では二次曲線で近似す
ることができ、その値は１×10-8／℃２と従来の
屈曲水晶振動子の約1/3倍〜1/4倍と非常に良い周
波数温度特性を有することがわかつた。以上、述
べたように本発明は従来の厚みすべり振動に屈曲
振動が強く結合した厚みすべり屈曲水晶振動子の
特に最大寸法方向の長さz0と厚みy0の比z0／y0が
周波数温度特性に密接な関係があることを見い出
し、更に、奇生振動の存在しない辺比z0／y0を最
適に選ぶことによつて周波数温度特性の優れたし
かも超小型厚みすべり屈曲水晶振動子を可能にし
た。
の辺比x0／y0と二次温度係数との関係を示す。辺
比x0／y0が一定のときは辺比z0／y0が大きいほど
二次温度係数が小さくなり、辺比z0／y0が小さく
なるに従つて二次温度係数は大きくなる。これは
辺比z0／y0が小さくなると輪郭による影響が強く
なり二次温度係数が大きくなる。一方、辺比z0／
y0が一定のときは辺比x0／y0が小さくなるに従つ
て二次温度係数は大きくなる。これは辺比x0／y0
が小さくなるに従つて、純粋な厚みすべり振動か
らこれに屈曲振動が強く結合した厚みすべり屈曲
振動を引き起こすことになり、二次温度係数は
徐々に大きくなる。特に、辺比x0／y0と二次温度
係数との関係は前記論文により容易に計算によつ
て求めることができる。ところで本発明は第４図
で示したように屈曲振動の第二高調波に対して辺
比x0／y0を1.2〜1.8、第四高調波に対して2.1〜
3.5、第六高調波に対して3.6〜4.0、これらの辺比
x0／y0の間で屈曲振動と強く結合する厚みすべり
屈曲振動の存在することが確認された。これらの
辺比に対して辺比z0／y0は寄生振動と周波数温度
特性を考慮に入ると屈曲振動の第二高調波に対し
て15.0〜18.0、第四高調波に対して9.0〜15.0、第
六高調波に対して7.5〜9.0に選ばれる。更に詳述
するとx0／y0の比が小さくなると、２次温度係数
は徐々に絶対値が大きくなる。それ故、良好な周
波数温度特性を得るにはz0／y0の比を大きくし、
z0／y0による温度特性への影響を小さくするため
に、z0／y0は大きな値とし、同時に、寄生振動を
除去できる寸法となつている。即ち、x0／y0が小
さくなる時には、z0／y0を大きくし、逆にx0／y0
が比較的大きくなる時には、z0／y0を小さくし、
良好な周波数温度特性が得られ且つ、小型化でき
るように寸法を決めている。本発明では、１次温
度係数α＝０となり、２次温度係数βの絶対値が
1.8×10-8／℃２以下となるように寸法を決めて
いる。この周波数温度特性は２次曲線で近似でき
るがβは音叉型屈曲水晶振動子の場合の約1/2で
あり、優れた温度特性を示す。第６図は本発明に
よる周波数温度特性の一実施例を示し、辺比x0／
y0を3.3、辺比z0／y0を13.0に選んだときの周波数
温度特性を示し、常温付近では二次曲線で近似す
ることができ、その値は１×10-8／℃２と従来の
屈曲水晶振動子の約1/3倍〜1/4倍と非常に良い周
波数温度特性を有することがわかつた。以上、述
べたように本発明は従来の厚みすべり振動に屈曲
振動が強く結合した厚みすべり屈曲水晶振動子の
特に最大寸法方向の長さz0と厚みy0の比z0／y0が
周波数温度特性に密接な関係があることを見い出
し、更に、奇生振動の存在しない辺比z0／y0を最
適に選ぶことによつて周波数温度特性の優れたし
かも超小型厚みすべり屈曲水晶振動子を可能にし
た。
これによりさらに高精度腕時計の実現が可能に
なりその効果は著しく大きい。
なりその効果は著しく大きい。
第１図は従来のATカツト水晶振動子の概観図
である。第２図は従来の矩形ATカツト水晶振動
子の概観図である。第３図は本発明の厚みすべり
屈曲水晶振動子の切り出し角を示す図である。第
４図は本発明の屈曲振動の各次数に対する辺比
x0／y0と規格化周波数との関係を示す図である。
第５図は本発明の辺比z0／y0に対する辺比x0／y0
と二次温度係数との関係を示す図である。第６図
は本発明の周波数温度特性の一実施例を示す図で
ある。 Ｘ，Ｙ，Ｚ……水晶の電気軸、機械軸、光軸、
Y′，Z′……座標回転による機械軸、光軸の新軸。
である。第２図は従来の矩形ATカツト水晶振動
子の概観図である。第３図は本発明の厚みすべり
屈曲水晶振動子の切り出し角を示す図である。第
４図は本発明の屈曲振動の各次数に対する辺比
x0／y0と規格化周波数との関係を示す図である。
第５図は本発明の辺比z0／y0に対する辺比x0／y0
と二次温度係数との関係を示す図である。第６図
は本発明の周波数温度特性の一実施例を示す図で
ある。 Ｘ，Ｙ，Ｚ……水晶の電気軸、機械軸、光軸、
Y′，Z′……座標回転による機械軸、光軸の新軸。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ Ｙ板をＸ軸を回転軸として約35゜回転した板
より切り出された水晶振動子に於いて、前記水晶
振動子の最大寸法をZ′軸方向に一致させ、前記水
晶振動子の幅x0、厚みy0、長さz0とする時、長さ
z0と厚みy0の比z0／y0は、 屈曲振動の第二高調波に対して
z0／y0＝15.0〜18.0 屈曲振動の第四高調波に対して z0／y0＝9.0〜15.0 屈曲振動の第六高調波に対してz0／y0＝7.5〜9.0 にしたことを特徴とする厚みすべり屈曲水晶振動
子。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の厚みすべり屈曲
水晶振動子に於いて、 屈曲振動の第二高調波に対してx0／y0＝1.2〜1.8 屈曲振動の第四高調波に対してx0／y0＝2.1〜3.5 屈曲振動の第六高調波に対してx0／y0＝3.6〜4.0 をしたことを特徴とする厚みすべり屈曲水晶振動
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10421478A JPS5530284A (en) | 1978-08-25 | 1978-08-25 | Thickness sliding flection crystal vibrator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10421478A JPS5530284A (en) | 1978-08-25 | 1978-08-25 | Thickness sliding flection crystal vibrator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5530284A JPS5530284A (en) | 1980-03-04 |
| JPS6246087B2 true JPS6246087B2 (ja) | 1987-09-30 |
Family
ID=14374700
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10421478A Granted JPS5530284A (en) | 1978-08-25 | 1978-08-25 | Thickness sliding flection crystal vibrator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5530284A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02139588U (ja) * | 1989-04-25 | 1990-11-21 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2306909A (en) * | 1939-06-09 | 1942-12-29 | Bell Telephone Labor Inc | Piezoelectric crystal apparatus |
| JPS5290289A (en) * | 1976-01-20 | 1977-07-29 | Suisse Horlogerie | Piezooelectric resonator |
-
1978
- 1978-08-25 JP JP10421478A patent/JPS5530284A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2306909A (en) * | 1939-06-09 | 1942-12-29 | Bell Telephone Labor Inc | Piezoelectric crystal apparatus |
| JPS5290289A (en) * | 1976-01-20 | 1977-07-29 | Suisse Horlogerie | Piezooelectric resonator |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02139588U (ja) * | 1989-04-25 | 1990-11-21 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5530284A (en) | 1980-03-04 |
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