JPH0525826U - Ａｔカツトのオーバトーン水晶振動子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］無調整発振回路でコイルを用いることなくオー
バトーンの周波数で発振することができるＡＴカットの
オーバトーン水晶振動子を提供する。 ［構成］厚み滑り振動を励振されるＡＴカットの水晶片
の表裏板面に反転対称に面積の小さな副電極およびこの
副電極に対して微少な間隙を存し副電極の面積の２倍な
いし２０倍の面積を有して板面の中央部分で互いに相対
面する面積の大きな主電極を形成し、各主電極に反対側
の板面に形成した副電極を接続するとともに上記間隙の
寸法を０．０５ｍｍ以上で１．０ｍｍ以下とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、無調整発振回路を用いてオーバトーンの発振を容易に行えるＡＴカ ットのオーバトーン水晶振動子に関する。

【０００２】

【従来の技術】

近時、多くの電子機器では周波数、時間等の基準として圧電振動子、たとえば 水晶振動子を多用している。特に水晶振動子は製造技術の進歩により安価で高性 能なために大量に製造され使用されている。 このような水晶振動子の振動モードには屈曲振動、たわみ振動、厚み振動等種 々の振動モードがある。そして共振周波数が、ＭＨｚオーダーの水晶振動子では 、主に厚みすべり振動モードが用いられている。このような厚みすべり振動モー ドで励振する水晶振動子の共振周波数は水晶片の厚みに逆比例する。したがって 、たとえば共振周波数が１０ＭＨｚの振動子の厚みは約０．１６７ｍｍ、共振周 波数が３０ＭＨｚの振動子の厚みは約０．０５６ｍｍになる。すなわち、共振周 波数に逆比例して水晶片の厚みは薄くなり周波数が高くなるとともに水晶片の強 度、加工等の問題から製作は極めて困難になる。 このために共振周波数の高い水晶振動子を必要とする場合はオーバトーンのモ ードを使用することが行われている。オーバトーンのモードでは、略基本波の共 振周波数の奇数倍の周波数で共振し、一般に３次、５次、７次等のモードが使用 され、次数は発振回路の定数、たとえば出力側の同調回路の定数によって決定さ れる。 しかしながら、このようなオーバトーンの発振回路では基本波の共振を回路的 に抑圧するために同調回路を設けるのでコイル、すなわちインダクタンスを必要 とする。しかしながら同調回路の特にインダクタンスを小型化することは困難で あり、しかも調整を必要とする問題があった。

【０００３】 ところで近年、発振回路を小形化、無調整化し、長期間にわたって高い周波数 精度を維持するために、たとえば水晶振動子と集積回路を一体化して無調整発振 回路を構成した超小型発振器が大量に製造され、使用されている。しかして、こ のような構成の発振回路は同調回路を有しないためにオーバトーンのモードを利 用することはできない。このため発振出力の最高周波数は水晶片の加工上の限界 から、一般的には３０ＭＨｚ程度に制限されることになる。 しかして、基本波振動モードを抑圧することによって無調整発振回路を用いて オーバトーンの周波数で発振させることができる水晶振動子がいくつか提案され ている。 たとえば基本波の振動エネルギーを水晶片の支持部へ伝達して減衰させること により基本波振動モードを抑圧するものがある。しかしながらこのようなもので は水晶片の支持部と電極との間の間隔のばらつき等のために周波数の調整が著し く困難な問題がある。 また電極を水晶片の周縁へ偏在させ、あるいは電極の寸法を水晶片の寸法に略 同じにする等によって基本波振動モードを抑圧することも考えられている。しか しながらこのようなものでも充分に基本波振動を抑圧できない問題があった。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

本考案は、上記の事情に鑑みてなされたもので、無調整発振回路でコイルを用 いることなくオーバトーンの周波数で発振することができるＡＴカットのオーバ トーン水晶振動子を提供することを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

本考案は、厚み滑り振動を励振されるＡＴカットの水晶片の表裏板面に反転対 称に面積の小さな副電極およびこの副電極に対して微少な間隙を存し副電極の面 積の２倍ないし２０倍の面積を有して板面の中央部分で互いに相対面する面積の 大きな主電極を形成し、各主電極に反対側の板面に形成した副電極を接続すると ともに上記間隙の寸法を０．０５ｍｍ以上で１．０ｍｍ以下としたことを特徴と するものである。

【０００６】

【実施例】

以下、本考案の一実施例の水晶振動子を図１に示すカバーを切り欠いて示す正 面図、図２に示す厚みを誇張した側面図を参照して詳細に説明する。 図中１は、水晶の結晶をその結晶軸に対して所定角度に切断して丸板状に成形 したＡＴカットの厚みすべり水晶片である。なお、この水晶片１は基本波の振動 を抑圧してオーバトーンの振動を励振し易くするために周縁部の面取りを行わな いようにしている。 そして、この水晶片１の表裏板面に反転対称に面積の小さな副電極２を形成し 、この副電極２に対して微少な間隙３を存して、板面の中央部分で互いに相対面 する主電極４を形成している。そして図２に示すように各副電極２および主電極 ４をそれぞれ板面の端部へ延出するとともに、各副電極をそれぞれ反対側の板面 に形成した主電極に接続するようにしている。 そしてベース５に植設した一対の端子６の先端部にワイヤ７の一端を巻装して 半田づけ等で固着し、このワイヤ７の先端に形成したクリップで水晶片１に形成 した各電極２、４の導出端を挟持し導電性の接着剤等を塗布して固着するように している。そして上記ベース５にカバー８をかぶせて気密に封止するようにして いる。 なお上記水晶振動子は副電極２の面積に対して主電極４の面積を２倍ないし２ ０倍とし、かつ副電極２と主電極４との間の間隙３の大きさを０．０５ｍｍ以上 １．０ｍｍ以下とするようにしている。 ここで副電極２と主電極４との面積比を上記の如く定めた理由は、この面積比 が２倍未満であると相対的に主電極４の面積が小さくなり絶対的なクリスタルイ ンピーダンスが大きくなって実用上問題となる。逆に上記面積比が２０倍を越え ると副電極２の面積が著しく小さくなり、副電極２による基本波振動の抑圧効果 がなくなる。したがって副電極２の面積に対する主電極４のそれを２倍ないし２ ０倍とした。 また副電極２と主電極４との間の間隙３を上記の如く定めた理由は、この間隙 ３が０．０５ｍｍ未満では製造技術上、電気的な絶縁を確実に維持して所定幅の 間隙３を形成することが困難なためである。また上記間隙３が１．０ｍｍを越え ると主電極４に対する副電極２の結合が弱くなって副電極２による基本波振動の 抑圧効果がほとんどなくなる。したがって副電極２と主電極４との間隙を０．０ ５ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ以下とした。

【０００７】 上記実施例の水晶振動子を、実際に各２０個づつ製作してその特性を測定した 。製作した水晶振動子は５ｍｍ径の丸板の厚み滑り振動子で、３次オーバトーン の共振周波数は４４．５ＭＨｚである。そして副電極の面積を一定とし、これに 対する主電極の間隙を０．２ｍｍ、０．４ｍｍ、０．６ｍｍおよび０．８ｍｍの ４種類とした。なお副電極の面積を一定としたために上記間隙を大きくすること は相対的に主電極の面積の減少となり副電極と主電極との面積比も減少すること になる。 これらの水晶振動子の特性を測定した結果を表１に示す。

【表１】 この結果から明らかなように副電極と主電極との間の間隙は狭くするほど両電 極間の結合が強くなり基本波のＣＩはより大きく、逆に３次オーバトーンのそれ は小さくなり、基本波のＣＩに対するオーバトーンのＣＩの比、すなわちＣＩ比 は大きくなるために好ましい。 しかしながら上記間隙をあまり小さくすることは実際に製造する場合、電極間 の短絡等の問題を生じ易くなるので少なくとも０．０５ｍｍ以上とする。 しかして３次オーバトーンのＣＩに対して基本波のＣＩを４倍以上とすれば、 実用的には特に回路側に周波数選択性を与えることなく確実にオーバトーンで発 振させることができる。したがって上記間隙の上限を１．０ｍｍとした。 このような構成であれば水晶片の板面の中央部分に遍在する基本波振動は主電 極で励振されて、このエネルギは微少な間隙を存した副電極への伝達されて短絡 される。したがって基本波振動は阻害されて共振し難くなりＣＩ値も大きくなる 。 これに対してオーバトーンの共振は略水晶片の板面の全面に存在するために 中央部分の振動エネルギを短絡してもほとんど阻害されることもない。 さらに水晶片の板面の面取りを行っていないので基本波振動はエネルギ閉じこ め効果が発揮されないために著しく阻害される。これに対してオーバトーンの振 動は板面の全域で励振されるために板面の面取りを行わなくてもほとんど阻害さ れない。 したがって基本波振動を抑圧してオーバトーンの振動を効率よく励振すること ができ、たとえば無調整発振回路でオーバトーンの発振を行えるのでＩＣ化した 発振回路と小型の水晶片を組み合わせることにより小型、高信頼性で周波数の高 い発振出力を得られる発振器を提供できる。 また上記実施例の電極構造は、表裏板面で反転対称としているので同形状であ り、たとえば予め基礎電極を蒸着した上に略同一形状の周波数調整電極を蒸着し て周波数の調整を行う場合も水晶片の表裏を考慮しなくてもよく水晶片の位置決 めにわずらわされない製造上の利点もある。 なお本考案は上記実施例に限定されるものではなく、たとえば図３（ａ）に示 すように主電極４を矩形状に成形してもよいし、図３（ｂ）に示すように副電極 ２で主電極４を囲むような電極形状としてもよい。 また図４（ａ）に示すように短冊型の水晶片１を用いて矩形状の副電極２およ び主電極４を形成するようにしてもよい。なおこの実施例では帯状の金属薄板９ の長手方向にスリットを形成し、このスリットに水晶片１の長手方向の端部を挿 入して保持するようにしている。またこの場合に、たとえば図４（ｂ）に示すよ うに副電極２で主電極４の外周を囲むようにしてもよい。このようにすれば主電 極４と副電極との結合はより強くなり基本波振動をさらに抑圧することができる 。

【０００８】

【考案の効果】

以上詳述したように、本考案の水晶振動子を用いれば無調整発振回路を用いて オーバトーンの発振を行うことができ、集積回路化した発振回路と組み合わせて 形状の小型な発振器を構成することができる水晶振動子を提供することができる 。

【０００９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例の水晶振動子のカバーを切断
して示す正面図である。

【図２】本考案の一実施例の水晶振動子の厚みを誇張し
て示す側面図である。

【図３】本（ａ）（ｂ）は本考案の各別の他の実施例の
電極形状を示す正面図である。

【図４】本（ａ）（ｂ）は本考案の各別のさらに他の実
施例の電極形状を示す正面図である。

【符号の説明】

１ 水晶片 ２ 副電極 ３ 間隙 ４ 主電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 福田 秀昭 埼玉県狭山市大字上広瀬1275番地の２ 日 本電波工業株式会社狭山事業所内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】厚み滑り振動を励振される水晶片の表裏板
   面に反転対称に面積の小さな副電極およびこの副電極に
   対して微少な間隙を存しかつ副電極の面積の２倍ないし
   ２０倍の面積を有して板面の中央部分で互いに相対面す
   る主電極とを形成し各主電極に反対側の板面に形成した
   副電極を接続するとともに上記間隙の寸法を０．０５ｍ
   ｍ以上かつ１．０ｍｍ以下としたことを特徴とするＡＴ
   カットのオーバトーン水晶振動子。