JPH0150132B2 - - Google Patents
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- JPH0150132B2 JPH0150132B2 JP5794681A JP5794681A JPH0150132B2 JP H0150132 B2 JPH0150132 B2 JP H0150132B2 JP 5794681 A JP5794681 A JP 5794681A JP 5794681 A JP5794681 A JP 5794681A JP H0150132 B2 JPH0150132 B2 JP H0150132B2
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- JP
- Japan
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- vibration
- vibration mode
- present
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- vibrator
- Prior art date
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- Expired
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- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 13
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 5
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
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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 elements; Electromechanical resonators
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H9/21—Crystal tuning forks
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)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は３本の振動枝を有し、長さたて１次振
動モードで動作する圧電振動子（以下簡単のため
Ｅ型振動子と称する）の共振周波数温度特性の改
良に関する。
動モードで動作する圧電振動子（以下簡単のため
Ｅ型振動子と称する）の共振周波数温度特性の改
良に関する。
第１図は従来及び本発明に係るＥ型振動子の外
形を示す斜視図である。第１図において３本の振
動枝１，２，３の長さ寸法は、ほぼ等しく、幅寸
法については振動枝１，３が互にほぼ等しく、振
動枝２の幅寸法は任意に選べる。従来のＥ型振動
子は、利用しようとしている長さたて１次振動モ
ードの他の各種の振動モードが高次振動を含めて
無数に存在しており、これらの振動モードは利用
しようとしている振動モードに対しては不要なも
のと考え、長さたて１次振動モードが他の振動モ
ードと出来るだけ結合しないようにすることが行
われてきた。
形を示す斜視図である。第１図において３本の振
動枝１，２，３の長さ寸法は、ほぼ等しく、幅寸
法については振動枝１，３が互にほぼ等しく、振
動枝２の幅寸法は任意に選べる。従来のＥ型振動
子は、利用しようとしている長さたて１次振動モ
ードの他の各種の振動モードが高次振動を含めて
無数に存在しており、これらの振動モードは利用
しようとしている振動モードに対しては不要なも
のと考え、長さたて１次振動モードが他の振動モ
ードと出来るだけ結合しないようにすることが行
われてきた。
そのため従来のＥ型振動子は共振周波数の温度
特性を良くするのには限界があつた。
特性を良くするのには限界があつた。
本発明の目的は、共振周波数の温度特性が常温
付近で比較的フラツトになるＥ型振動子を提案す
ることにある。
付近で比較的フラツトになるＥ型振動子を提案す
ることにある。
この目的を達成するために、本発明では、水晶
からなる圧電振動子のカツト方位はＺカツトの状
態からＸ軸のまわりで角度θだけ回転されており
３本の振動枝の各側面は励振用の金属薄膜電極が
固着され、中央の振動枝と両側の振動枝は互に逆
位相で振動を行う圧電振動子において、長さたて
１次振動モードと該圧電振動子に存在する面内屈
曲高次振動モードのうちの１つとが結合するよう
に構成することを特徴としている。
からなる圧電振動子のカツト方位はＺカツトの状
態からＸ軸のまわりで角度θだけ回転されており
３本の振動枝の各側面は励振用の金属薄膜電極が
固着され、中央の振動枝と両側の振動枝は互に逆
位相で振動を行う圧電振動子において、長さたて
１次振動モードと該圧電振動子に存在する面内屈
曲高次振動モードのうちの１つとが結合するよう
に構成することを特徴としている。
以下本発明を詳細に説明する。第２図Ａ，Ｂは
それぞれＥ型振動子の長さたて１次振動モード及
び面内屈曲１次振動モードの説明図である。矢印
４は振動変位のおおよその方向と大きさを示し、
点線５は振動変位零の時刻から（1/4）周期後の
時刻における振動変位を示す。面内屈曲振動モー
ドは簡単のため１次振動モードだけを示し、高次
振動モードは省略した。
それぞれＥ型振動子の長さたて１次振動モード及
び面内屈曲１次振動モードの説明図である。矢印
４は振動変位のおおよその方向と大きさを示し、
点線５は振動変位零の時刻から（1/4）周期後の
時刻における振動変位を示す。面内屈曲振動モー
ドは簡単のため１次振動モードだけを示し、高次
振動モードは省略した。
上記２種類の振動モードの共振周波数は、振動
枝１の長さ寸法をｌ、幅寸法をｈ、厚さ寸法をｔ
として、第３図のような片持はりで近似すると次
のように表わせる。
枝１の長さ寸法をｌ、幅寸法をｈ、厚さ寸法をｔ
として、第３図のような片持はりで近似すると次
のように表わせる。
長さたて振動の場合
ここでfL：長さたて振動の共振周波数
Ｅ：振動子材料のヤング率
ｐ：振動子材料の密度
ｎ：振動の次数（ｎ＝１、２、３……）
面内屈曲振動の場合
ここでfF：面内屈曲振動の共振周波数
ｉ：振動の次数（ｉ＝１、２、３……）
m1：1.875
m2：4.694
m3：7.855
m4：11.00
………………
上記(1)、(2)式で示される共振周波数の公式は、
それぞれの振動モードが単独に存在している場
合、即ち振動モードの結合がない場合のものであ
る。しかし２つの振動モードの結合がある場合に
は、fLとfFが非常に接近しているため、(1)、(2)式
から fL＝fF ……(3) として、たて振動モードと面内屈曲振動モードが
結合を起すための振動枝寸法比のおおよその関係
式が得られる。(1)、(2)、(3)式からこの関係式は次
のようになる。
それぞれの振動モードが単独に存在している場
合、即ち振動モードの結合がない場合のものであ
る。しかし２つの振動モードの結合がある場合に
は、fLとfFが非常に接近しているため、(1)、(2)式
から fL＝fF ……(3) として、たて振動モードと面内屈曲振動モードが
結合を起すための振動枝寸法比のおおよその関係
式が得られる。(1)、(2)、(3)式からこの関係式は次
のようになる。
(4)式から（ｈ／ｌ）の具体的数値を求めてみ
る。長さたて振動モードは１次振動（ｎ＝１）と
しておき面内屈曲振動モードは１次振動から４次
振動まで（ｉ＝１〜４）変えたときの（ｈ／ｌ）
の値は(4)式から次のように求められる。
る。長さたて振動モードは１次振動（ｎ＝１）と
しておき面内屈曲振動モードは１次振動から４次
振動まで（ｉ＝１〜４）変えたときの（ｈ／ｌ）
の値は(4)式から次のように求められる。
ｎ＝１、ｉ＝１のとき （ｈ／ｌ）＝1.55
ｎ＝１、ｉ＝２のとき （ｈ／ｌ）＝0.247
ｎ＝１、ｉ＝３のとき （ｈ／ｌ）＝0.088
ｎ＝１、ｉ＝４のとき （ｈ／ｌ）＝0.045
上記の結果から長さたて１次振動モードに結合
させる面内屈曲振動モードの次数が１次（ｉ＝
１）の場合は、振動枝の幅寸法が長さ寸法にくら
べて大きな値になり、この場合は実現は無理であ
る。面内屈曲振動モードの次数は２次（ｉ＝２）
以上であれば、振動枝の形状に無理がなくなる。
上記（ｈ／ｌ）の値は、あくまでも目安にすぎ
ず、実際には上記で見積もられた（ｈ／ｌ）の値
とは若干ずれた値を中心にして、ある幅をもつて
２つの振動モードは結合し、２つの振動モードの
共振周波数は接近して存在している。このとき長
さたて１次振動モードの共振周波数温度特性は改
善される。
させる面内屈曲振動モードの次数が１次（ｉ＝
１）の場合は、振動枝の幅寸法が長さ寸法にくら
べて大きな値になり、この場合は実現は無理であ
る。面内屈曲振動モードの次数は２次（ｉ＝２）
以上であれば、振動枝の形状に無理がなくなる。
上記（ｈ／ｌ）の値は、あくまでも目安にすぎ
ず、実際には上記で見積もられた（ｈ／ｌ）の値
とは若干ずれた値を中心にして、ある幅をもつて
２つの振動モードは結合し、２つの振動モードの
共振周波数は接近して存在している。このとき長
さたて１次振動モードの共振周波数温度特性は改
善される。
第４図は水晶からなる本発明実施例のカツト方
位を説明する図である。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸はそ
れぞれ水晶の電気軸、機械軸及び光軸を示す。振
動子１１はＺカツトの状態からＸ軸のまわりで、
角度θ（θの正の方向は反時計方向とする）だけ
回転されている。第５図は本発明実施例及び従来
例における共振周波数温度特性を示すグラフであ
る。曲線Ａは長さたて１次振動モード（ｎ＝１）
と面内屈曲３次振動モード（ｉ＝３）が結合して
おり、共振周波数は約500KHz、（ｈ／ｌ）＝0.10、
θ＝−5゜である。曲線Ｂは従来のＥ型振動子の場
合で、長さたて１次振動モードは面内屈曲振動モ
ードとほとんど結合していない。この場合の共振
周波数は約510KHzで（ｈ／ｌ）＝0.075、θ＝1゜で
ある。第５図からわかるように、温度０℃〜40℃
間における周波数偏差（Δf／ｆ）は本発明実施
例の方が従来のＥ型振動子よりも半分位に小さく
なつている。第６図Ａは本発明実施例の電極配置
を示す斜視図である。水晶からなる振動枝１，
２，３の表面には、金属薄膜電極６，７が蒸着等
によつて固着されている。振動枝１，２，３の先
端には、周波数調整用の付加質量として、金属膜
８が固着されている。第６図Ｂは振動枝１，２，
３の長さ方向から見た電極の接続状態を示す。矢
印は電界の方向を示す。電極端子９，１０に振動
子１１の長さたて１次振動モードの共振周波数に
等しい周波数の電圧を印加すれば、振動子１１は
第７図に示すように長さたて１次振動モードと面
内屈曲３次振動モードとが混りあつた形の振動モ
ードで振動する。第８図は本発明実施例の支持構
造を示す斜視図である。振動子１１の電極端子
９，１０は円筒形の気密端子１２のステム１３，
１４に導電接着剤１５で固着されている。
位を説明する図である。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸はそ
れぞれ水晶の電気軸、機械軸及び光軸を示す。振
動子１１はＺカツトの状態からＸ軸のまわりで、
角度θ（θの正の方向は反時計方向とする）だけ
回転されている。第５図は本発明実施例及び従来
例における共振周波数温度特性を示すグラフであ
る。曲線Ａは長さたて１次振動モード（ｎ＝１）
と面内屈曲３次振動モード（ｉ＝３）が結合して
おり、共振周波数は約500KHz、（ｈ／ｌ）＝0.10、
θ＝−5゜である。曲線Ｂは従来のＥ型振動子の場
合で、長さたて１次振動モードは面内屈曲振動モ
ードとほとんど結合していない。この場合の共振
周波数は約510KHzで（ｈ／ｌ）＝0.075、θ＝1゜で
ある。第５図からわかるように、温度０℃〜40℃
間における周波数偏差（Δf／ｆ）は本発明実施
例の方が従来のＥ型振動子よりも半分位に小さく
なつている。第６図Ａは本発明実施例の電極配置
を示す斜視図である。水晶からなる振動枝１，
２，３の表面には、金属薄膜電極６，７が蒸着等
によつて固着されている。振動枝１，２，３の先
端には、周波数調整用の付加質量として、金属膜
８が固着されている。第６図Ｂは振動枝１，２，
３の長さ方向から見た電極の接続状態を示す。矢
印は電界の方向を示す。電極端子９，１０に振動
子１１の長さたて１次振動モードの共振周波数に
等しい周波数の電圧を印加すれば、振動子１１は
第７図に示すように長さたて１次振動モードと面
内屈曲３次振動モードとが混りあつた形の振動モ
ードで振動する。第８図は本発明実施例の支持構
造を示す斜視図である。振動子１１の電極端子
９，１０は円筒形の気密端子１２のステム１３，
１４に導電接着剤１５で固着されている。
以上説明したように本発明は中周波で比較的
周波数温度特性がよいこと。振動子のベース部
（支持部）の振動変位が小さくなるので支持が極
めて容易であること。ホトリソグラフイー技術
によつて作れるため量産性があることなどから本
発明は高精度電子時計の時間基準振動子として大
きなメリツトを有する。
周波数温度特性がよいこと。振動子のベース部
（支持部）の振動変位が小さくなるので支持が極
めて容易であること。ホトリソグラフイー技術
によつて作れるため量産性があることなどから本
発明は高精度電子時計の時間基準振動子として大
きなメリツトを有する。
第１図は従来及び本発明に係るＥ型振動子の形
状を示す斜視図、第２図Ａは従来のＥ型振動子に
存在する長さたて１次振動モードの説明図、第２
図Ｂは従来のＥ型振動子に存在する面内屈曲３次
振動モードの説明図、第３図は一般的な片持はり
の斜視図、第４図は本発明のカツト方位の説明
図、第５図は本発明実施例及び従来例の共振周波
数温度特性を示すグラフ、第６図Ａは本発明実施
例の金属薄膜電極の配置を示す斜視図、第６図Ｂ
は金属薄膜電極の接続状態の説明図、第７図は本
発明実施例の振動モードの説明図、第８図は本発
明実施例の支持構造を示す斜視図である。 １，２，３……振動枝、４……振動変位の方向
と大きさ、５……振動モード、６，７……金属薄
膜電極、９，１０……電極端子、１１……本発明
実施例の振動子、１２……気密端子、１３，１４
……ステム、１５……導電接着剤。
状を示す斜視図、第２図Ａは従来のＥ型振動子に
存在する長さたて１次振動モードの説明図、第２
図Ｂは従来のＥ型振動子に存在する面内屈曲３次
振動モードの説明図、第３図は一般的な片持はり
の斜視図、第４図は本発明のカツト方位の説明
図、第５図は本発明実施例及び従来例の共振周波
数温度特性を示すグラフ、第６図Ａは本発明実施
例の金属薄膜電極の配置を示す斜視図、第６図Ｂ
は金属薄膜電極の接続状態の説明図、第７図は本
発明実施例の振動モードの説明図、第８図は本発
明実施例の支持構造を示す斜視図である。 １，２，３……振動枝、４……振動変位の方向
と大きさ、５……振動モード、６，７……金属薄
膜電極、９，１０……電極端子、１１……本発明
実施例の振動子、１２……気密端子、１３，１４
……ステム、１５……導電接着剤。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ カツト方位がＺカツトの状態からＸ軸のまわ
りに角度θ（θの正の方向は反時計方向とする）
だけ回転した３本の振動枝を有する水晶からなる
圧電振動子にあつて、３本の該振動枝の各側面に
は励振用の金属薄膜電極が固着され、中央の振動
枝と両側の振動枝とは互に逆位相で振動を行う圧
電振動子において、 長さたて１次振動モード（ｎ＝１）と該圧電振
動子に存在する面内屈曲高次振動モード（ｎ＝
２、３、４）のうちの１つとが結合するように構
成することを特徴とする圧電振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5794681A JPS57173218A (en) | 1981-04-17 | 1981-04-17 | Piezoelectric oscillator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5794681A JPS57173218A (en) | 1981-04-17 | 1981-04-17 | Piezoelectric oscillator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57173218A JPS57173218A (en) | 1982-10-25 |
| JPH0150132B2 true JPH0150132B2 (ja) | 1989-10-27 |
Family
ID=13070193
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5794681A Granted JPS57173218A (en) | 1981-04-17 | 1981-04-17 | Piezoelectric oscillator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57173218A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002031975A1 (fr) * | 2000-10-10 | 2002-04-18 | Citizen Watch Co., Ltd. | Dispositif produisant des vibrations de torsion |
-
1981
- 1981-04-17 JP JP5794681A patent/JPS57173218A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002031975A1 (fr) * | 2000-10-10 | 2002-04-18 | Citizen Watch Co., Ltd. | Dispositif produisant des vibrations de torsion |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57173218A (en) | 1982-10-25 |
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