JPH0748628B2 - 水晶振動子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈本発明の目的〉 ［産業上の利用分野］ 本発明は、オーバートーンの発振を行なう水晶振動子に
関する。

［従来の技術］ 厚みすべり系の水晶振動子は、周波数が水晶板の厚さで
決定されるため、周波数が高くなる程薄くなり製造しに
くくなる。通常、基本波としては周波数が20MHz、水晶
板の厚さが0.08mm位までを利用し、それ以上の周波数は
オーバートーンを利用する。オーバートーンを利用すれ
ば、水晶板の厚さが基本波に比べて厚く出来るため作り
易い。第４図は、発振回路として最もよく使われている
MOS−ICの発振回路である。インバータでπ回路を構成
し、帰還抵抗Rf,入力コンデンサC₁，出力コンデンサC₂
水晶振動子Xtalから成っている。この発振回路の負性抵
抗は、周波数が低い程大きな値を持つため、水晶振動子
Xtalは基本波の発振を行い、オーバートーンでは発振し
ない。この発振回路でオーバートーンを発振させるため
には、第５図に示すようなLCの同調回路51を入力コンデ
ンサC₁と並列に接続して、基本波を抑えオーバートーン
を選択させる必要がある。しかしながら、LCの同調回路
51の分だけ部品点数が増えコストアップとなる。

そこで、水晶振動子単体で基本波の共振が弱く、即ち共
振抵抗が大きく、オーバートーンの共振抵抗が小さいも
のとすればよい。これはオーバートーンの方が基本波に
対して電極部分の振動エネルギーのとじ込めが大きいと
いう現象を利用する方法が従来よりある。（特開昭53−
36494号公報等） ［発明が解決しようとする問題点］ CMOS−ICを用いた発振回路でオーバートーンを発振させ
るためには、一般にLC同調回路等を付加する必要があ
り、コストアップになると共にコイルを用いるため小型
化に不利なものとなっていた。

［本発明の目的］ 水晶振動子単体で基本波の共振が弱く、即ち共振抵抗が
大きく、オーバートーンの共振抵抗が小さいものを電極
構造により達成し、CMOS−ICの発振回路でLC同調回路等
の付加回路を使用しないでオーバートーン発振を行うも
のである。

〈本発明の構成〉 ［問題を解決する手段］ 水晶振動子の両面中央部に対向する電極を施した水晶振
動子において、オーバートーンの発振をさせるために該
水晶振動子の少なくとも一方の面の該電極を該水晶振動
子の中心から放射状に分割し、および相隣接する分割電
極の極性が異なるように配置して励振した構造の水晶振
動子である。

［作用及び実施例］ 第３図は、水晶振動子31の断面図である。両面中央部に
電極32を施したもので、基本波33とオーバートーン34で
の振動エネルギーを示すものである。オーバートーン34
の振動エネルギーが電極32部分に集中しているのに対
し、基本波33の振動エネルギーは周辺部にまで拡がって
いるので、水晶振動子31をベースに組立てる際、保持部
に導電性接着剤等を塗布して基本波の振動エネルギーを
吸収させ共振抵抗を増大せしめることが出来る。これに
よりオーバートーン発振を容易にさせることが出来る。

また、オーバートーンをより効率良く発振させるために
基本波33の振動エネルギーが極力周辺まで効果的に拡散
してくるようにすればよく、水晶振動子31の電極32の設
けられた部分の周波数が高くなるようにすれば良い。即
ち、基本波において水晶振動子31素板の共振周波数をf₁
とし、電極を付加したときの共振周波数をf₂とするとf₁
＜f₂となるようにすれば、効果的に基本波33の振動エネ
ルギーは周辺部に拡散する。

通常は、水晶振動子31素板に単一の電極が付加される
と、それに応じて周波数は低下する。即ちf₁＞f₂とな
る。

従ってこのf₁＜f₂の関係を十分に実現するため、第１図
（ａ）に水晶振動子11の電極構造を平面図で示す。水晶
振動子11には、両面中央部に電極を付加するが、少なく
とも一方の面の電極を水晶振動子11の中心から放射状に
して４分割したものである。そして相隣接する分割電極
12,13,14,15の極性がそれぞれ異なるように配置する。
第１図（ａ）の図面上で分割電極を斜線と砂目模様で示
しているが、電極の極性が異なることを示すもので、分
割電極12と13,13と14,14と15,15と12のそれぞれ相隣接
した分割電極の極性が異なることを示す。

なお、この水晶振動子11はベースの保持部に固着するた
め、各分割電極は水晶振動子11の端部まで引き伸ばした
り、分割電極同士を接続している。本実施例では、裏面
（破線）の電極も表面の電極と同様に施してある。この
ように電極を分割することにより、分割電極を付加した
場合の共振周波数をさらに高くすることが出来、比較的
容易にf₁＜f₂の関係を実現する事ができる。

第１図（ｂ）は、第１図（ａ）の水晶振動子11をＡ−Ａ
線で縦断したときの電荷分布説明図である。なお、説明
に不要な接続電極と引出し電極は省いてある。このよう
に、オーバートーンの電荷分布16は、それぞれの電極部
分13と15でエネルギーがとじ込められる。一方、基本波
の電荷分布17は、水晶振動子11の中央部で電極がないた
め、この部分で減衰している。

なお、実施例として水晶振動子素板の周波数を10.67MH
z、外形寸法８φに電極5.0φの４分割電極を付加し、基
本波の周波数を水晶振動子素板の周波数に対し＋15kHz
とすると、３次のオーバートーン32KHzの共振抵抗は約2
0Ωで、基本波のCI₁（Crystal Impedance）と３次オー
バートーンのCI₃との比ａ＝CI₁／CI₃が15〜20とするこ
とが出来る。この比ａの値が15〜20倍ということは、第
４図の発振回路を用いて３次オーバートーンを発振させ
るには通常十分な値である。

第２図は、他の実施例を示す水晶振動子21の平面図であ
る。

水晶振動子21の中心から放射状に電極を４つに分割した
もので、分割電極22,23,24,25は、それぞれ矩形状にし
たものである。図で斜線と砂目模様とは電極の極性が異
なることを示すもので、相隣接した分割電極は、それぞ
れ極性が異なるように配置してある。

そして、このような電極配置によりオーバートーンを発
振させるのであるが、第４図の発振回路の入出力コンデ
ンサC₁，C₂の容量を大きくし、即ち、水晶振動子Xtalの
負荷容量を大きくしすぎると基本波の発振を起こすこと
がある。74HCU04のICを用いて約50pFが限界である。し
かし通常用いられる10〜20pFでは全く基本波は発振しな
い。これは水晶振動子の負荷容量を小さくした方が３次
オーバートーンの発振に有利であるということであり、
また、これは主信号とスプリアスとを分離することにも
有利である。即ち、４分割電極をした水晶振動子で、電
極寸法や位置の若干のアンバランスで主信号の前にスプ
リアスが現われる。このスプリアスは、かなり大きくな
る場合もあるが、オーバートーン発振のため容量比が大
きく、負荷容量が小さくなるに従い主信号に対しレベル
が低下する。また主信号は高域側にシフトし周波数間隔
が広がるため、これらの振動が相互に入れかわり周波数
のジャンプを引き起こすことはない。

また、このような水晶振動子の周波数調整は、水晶振動
子全面にわたって半導体等の比較的真空蒸着しやすい物
質を付着させれば水晶振動子の電極部分の周波数が低下
すると同時に、等価的に水晶振動子素板の周波数も低下
するのでf₁＜f₂の関係はそこなわれない。

〈本発明の効果〉 本発明は、オーバートーンを発振させるために水晶振動
子素板の少なくとも一方の面の電極を水晶振動子の中心
から放射状に分割し、相隣接する分割電極の極性を異な
らしたものであるから、一般に利用されているMOS−IC
の発振回路でLCの同調回路がなくてもオーバートーン発
振させることが出来、また、付加回路が不必要なためコ
ストアップにならず、さらに小型化をも容易にすること
が出来た。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、水晶振動子の平面図。第１図（ｂ）
は、水晶振動子の電荷分布説明図。第２図は、水晶振動
子の平面図。第３図は、振動エネルギーを説明する図。
第４図は、MOS−ICを用いた発振回路図。第５図は、従
来のオーバートーン発振回路図である。 11,21……水晶振動子 12,13,14,15,22,23,24,25……分割電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】厚みすべり振動する水晶振動子の両面中央
   部に対向する電極を施した水晶振動子において、オーバ
   ートーンの発振させるために該水晶振動子の少なくとも
   一方の面の該電極を該水晶振動子の中心から放射状に分
   割し、および相隣接する分割電極の極性が異なるように
   配置して励振したことを特徴とする水晶振動子。