JPS6246089B2 - - Google Patents
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- JPS6246089B2 JPS6246089B2 JP53119756A JP11975678A JPS6246089B2 JP S6246089 B2 JPS6246089 B2 JP S6246089B2 JP 53119756 A JP53119756 A JP 53119756A JP 11975678 A JP11975678 A JP 11975678A JP S6246089 B2 JPS6246089 B2 JP S6246089B2
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- Japan
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- crystal resonator
- shear
- bending
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- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 37
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 33
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002250 progressing effect Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 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
- H03H9/02—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
-
- 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
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結合した
厚みすべり屈曲水晶振動子に関する。
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、幅の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、幅の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
する矩形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
する矩形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図は矩形ATカツト水晶振動子の概観図で
ある。1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。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
はベベル加工されていても顕著にあらわれる。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、この振動子の周波
数温度特性は常温付近では2次曲線となり、従来
のATカツト水晶振動子の3次曲線と比べて劣つ
ている。ところで本発明は厚みすべり振動と屈曲
振動が結合したときに良好な周波数温度特性を与
える辺比について理論的解析を行ないその最適な
辺比を得ることができた。以下、本発明について
詳細に説明する。
ある。1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。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
はベベル加工されていても顕著にあらわれる。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、この振動子の周波
数温度特性は常温付近では2次曲線となり、従来
のATカツト水晶振動子の3次曲線と比べて劣つ
ている。ところで本発明は厚みすべり振動と屈曲
振動が結合したときに良好な周波数温度特性を与
える辺比について理論的解析を行ないその最適な
辺比を得ることができた。以下、本発明について
詳細に説明する。
第2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
9.0〜13.5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(Journel 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、この論文では辺比x0/y0に対する規格化周
波数については詳細に述べられているが辺比x0/
y0の変化による周波数温度特性について全く述べ
られていない。そこで本発明はこの論文を元にし
て辺比x0/y0の変化による周波数温度特性を理論
的に求めている。ATカツト水晶振動子の無限板
での共振周波数をω0、厚みすべり屈曲水晶振動
子の共振周波数をωとすると厚みすべり屈曲水晶
振動子zは次の関係を有する。
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
9.0〜13.5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(Journel 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、この論文では辺比x0/y0に対する規格化周
波数については詳細に述べられているが辺比x0/
y0の変化による周波数温度特性について全く述べ
られていない。そこで本発明はこの論文を元にし
て辺比x0/y0の変化による周波数温度特性を理論
的に求めている。ATカツト水晶振動子の無限板
での共振周波数をω0、厚みすべり屈曲水晶振動
子の共振周波数をωとすると厚みすべり屈曲水晶
振動子zは次の関係を有する。
(a3−g)tanγ=a(1−da2)tanaγω>ω0
(a2 1+g)tanγ=a1(1+ga2 1)tanha1γω<
ω
0 ………(1) ω/ω0=〔1−a2(1+g)2/g(1+a2)2〕-〓ω>ω0 ω/ω0=〔1+a2 1(1+g)2/g(1−a2 1)2〕−〓ω<ω0 ………(2) そして x0/y0=γ(ω0/ω)〔(1+a2)/3(1+g)〕〓ω>ω0 x0/y0=γ(ω0/ω)〔(1−a2 1)/3(1+g)〕〓ω<ω0 ………(3) 但し、 g=π2C66/12(C11−C〓/C〓 C11、C12、C22、C66は座標回転後の弾性スチツ
フネス a、γは定数でa=ia1の関係にある。
ω
0 ………(1) ω/ω0=〔1−a2(1+g)2/g(1+a2)2〕-〓ω>ω0 ω/ω0=〔1+a2 1(1+g)2/g(1−a2 1)2〕−〓ω<ω0 ………(2) そして x0/y0=γ(ω0/ω)〔(1+a2)/3(1+g)〕〓ω>ω0 x0/y0=γ(ω0/ω)〔(1−a2 1)/3(1+g)〕〓ω<ω0 ………(3) 但し、 g=π2C66/12(C11−C〓/C〓 C11、C12、C22、C66は座標回転後の弾性スチツ
フネス a、γは定数でa=ia1の関係にある。
θ=35゜のときgは0.283でありω/ω0=1
のとき、屈曲振動の第十四高調波のとき辺比x0/
y0は11.2であり、屈曲振動の第十六高調波に対し
ては辺比x0/y0は12.8である。この様子を第3図
に示してある。横軸に辺比x0/y0を縦軸に規格化
周波数ω/ω0をとつている。又rは屈曲振動の
次数を表わす。
のとき、屈曲振動の第十四高調波のとき辺比x0/
y0は11.2であり、屈曲振動の第十六高調波に対し
ては辺比x0/y0は12.8である。この様子を第3図
に示してある。横軸に辺比x0/y0を縦軸に規格化
周波数ω/ω0をとつている。又rは屈曲振動の
次数を表わす。
屈曲振動の第十四高調波の場合辺比x0/y0が
9.0〜11.9、屈曲振動の第十六高調波の場合辺比
x0/y0が10.5〜13.5の範囲で結合した厚みすべり
屈曲振動が生じることが容易に理解される。次に
周波数温度特性を考えると(1)、(2)、(3)式からω/
ω0を辺比x0/y0の関数として容易に求めること
ができ、これを温度tにて偏微分することによつ
て、厚みすべり屈曲水晶振動子の一次、二次、三
次の温度係数を容易に求めることができる。第4
図は本発明の厚みすべり屈曲水晶振動子の周波数
温度特性の一実施例を示し、本実施例では屈曲振
動の第十四高調波で辺比x0/y0が10.0のときの場
合である。又、同様に屈曲振動の第十四高調波の
場合辺比x0/y0が9.0〜11.9の範囲に於ても辺比
x0/y0が10.0の場合とほとんど同じ周波数温度特
性を得ることが理論的にわかつた。更に、屈曲振
動の第十六高調波の場合辺比x0/y0が10.5〜13.5
のときにも第4図とほとんど同じ周波数温度特性
を得ることがわかつた。辺比x0/y0を更に小さく
して行くと二次温度係数が徐々に大きくなり本理
論計算によると屈曲振動の第四高調波に対して辺
比x0/y0が3.3のとき厚みすべり屈曲水晶振動の
二次温度係数は約−1.0×10-8/℃2と常温付近
では二次曲線で近似することができるが、腕時計
の高精度化を考えた場合不充分な周波数温度特性
である。又、本発明の厚みすべり屈曲水晶振動子
はZ′軸方向に最大寸法を有している。これは、
Z′軸方向(z0方向)を支持することによつて、支
持点でのエネルギー損失を小さくできるためであ
る。
9.0〜11.9、屈曲振動の第十六高調波の場合辺比
x0/y0が10.5〜13.5の範囲で結合した厚みすべり
屈曲振動が生じることが容易に理解される。次に
周波数温度特性を考えると(1)、(2)、(3)式からω/
ω0を辺比x0/y0の関数として容易に求めること
ができ、これを温度tにて偏微分することによつ
て、厚みすべり屈曲水晶振動子の一次、二次、三
次の温度係数を容易に求めることができる。第4
図は本発明の厚みすべり屈曲水晶振動子の周波数
温度特性の一実施例を示し、本実施例では屈曲振
動の第十四高調波で辺比x0/y0が10.0のときの場
合である。又、同様に屈曲振動の第十四高調波の
場合辺比x0/y0が9.0〜11.9の範囲に於ても辺比
x0/y0が10.0の場合とほとんど同じ周波数温度特
性を得ることが理論的にわかつた。更に、屈曲振
動の第十六高調波の場合辺比x0/y0が10.5〜13.5
のときにも第4図とほとんど同じ周波数温度特性
を得ることがわかつた。辺比x0/y0を更に小さく
して行くと二次温度係数が徐々に大きくなり本理
論計算によると屈曲振動の第四高調波に対して辺
比x0/y0が3.3のとき厚みすべり屈曲水晶振動の
二次温度係数は約−1.0×10-8/℃2と常温付近
では二次曲線で近似することができるが、腕時計
の高精度化を考えた場合不充分な周波数温度特性
である。又、本発明の厚みすべり屈曲水晶振動子
はZ′軸方向に最大寸法を有している。これは、
Z′軸方向(z0方向)を支持することによつて、支
持点でのエネルギー損失を小さくできるためであ
る。
以上述べたように本発明は純粋な厚みすべり振
動に屈曲振動が結合した厚みすべり屈曲水晶振動
子の特に幅x0と厚みy0の比x0/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、その辺比
を適当に選ぶことによつて、振動子を小型にした
ときでも周波数温度特性の優れた超小型厚みすべ
り屈曲水晶振動子を提供することができた。
動に屈曲振動が結合した厚みすべり屈曲水晶振動
子の特に幅x0と厚みy0の比x0/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、その辺比
を適当に選ぶことによつて、振動子を小型にした
ときでも周波数温度特性の優れた超小型厚みすべ
り屈曲水晶振動子を提供することができた。
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図は従来の矩形ATカツト水晶振動子の概
観図である。第2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3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4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。
観図である。第2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3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4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
振動子の幅x0、厚みy0、長さz0とするとき、幅x0
と厚みy0の比x0/y0は9.0〜13.5の範囲にあること
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 屈曲振動の第十四高調波に対して
x0/y0=9.0〜11.9 屈曲振動の第十六高調波に対して
x0/y0=10.5〜13.5 にしたことを特徴とする厚みすべり屈曲水晶振動
子。 3 特許請求の範囲第2項記載の厚みすべり屈曲
水晶振動子に於いて、前記水晶振動子の最大寸法
を長さz0方向に一致させ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 |
---|---|---|---|
JP11975678A JPS5546633A (en) | 1978-09-28 | 1978-09-28 | Thickness-sliding inflection crystal vibrator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11975678A JPS5546633A (en) | 1978-09-28 | 1978-09-28 | Thickness-sliding inflection crystal vibrator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5546633A JPS5546633A (en) | 1980-04-01 |
JPS6246089B2 true JPS6246089B2 (ja) | 1987-09-30 |
Family
ID=14769378
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11975678A Granted JPS5546633A (en) | 1978-09-28 | 1978-09-28 | Thickness-sliding inflection crystal vibrator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5546633A (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4466684A (en) * | 1981-12-17 | 1984-08-21 | Texas Instruments Incorporated | Low insertion force connector |
US4525647A (en) * | 1983-12-02 | 1985-06-25 | Motorola, Inc. | Dual frequency, dual mode quartz resonator |
US4874338A (en) * | 1987-03-31 | 1989-10-17 | Amp Incorporated | Receptacle box terminal with improved contact area |
US5437567A (en) * | 1993-08-09 | 1995-08-01 | Molex Incorporated | Female electrical terminal |
WO2016199921A1 (ja) * | 2015-06-12 | 2016-12-15 | 株式会社村田製作所 | 水晶片及び水晶振動子 |
WO2016199918A1 (ja) * | 2015-06-12 | 2016-12-15 | 株式会社村田製作所 | 水晶片及び水晶振動子 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2306909A (en) * | 1939-06-09 | 1942-12-29 | Bell Telephone Labor Inc | Piezoelectric crystal apparatus |
JPS49100991A (ja) * | 1972-10-19 | 1974-09-24 | ||
JPS5290289A (en) * | 1976-01-20 | 1977-07-29 | Suisse Horlogerie | Piezooelectric resonator |
-
1978
- 1978-09-28 JP JP11975678A patent/JPS5546633A/ja active Granted
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2306909A (en) * | 1939-06-09 | 1942-12-29 | Bell Telephone Labor Inc | Piezoelectric crystal apparatus |
JPS49100991A (ja) * | 1972-10-19 | 1974-09-24 | ||
JPS5290289A (en) * | 1976-01-20 | 1977-07-29 | Suisse Horlogerie | Piezooelectric resonator |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5546633A (en) | 1980-04-01 |
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