JPS6044843B2 - 圧電振動子の温度特性制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は温度補償圧電振動子に係り、特に簡単な構成で
圧電振動子の温度特性を補償できる温度補償圧電振動子
に関する。

水晶等の圧電振動子は基準周波数発振源として種々の装
置に使用されているが、その発振周波数は温度によつて
変動する。

このため、従来から周波数変動を広い温度範囲にわたつ
て小さくする研究がなされ、種々の温度特性制御方法が
提案され、実施されている。これら従来の方法を大別す
−れば、（１）回路的な工夫で発振周波数を一定に保つ
方法、（２）恒温槽などにより圧電振動子、発振回路の
温度を常温より高い一定温度に保つ方法が挙げられる。

前者の方法は、たとえば直流制御電圧によつて発振周波
数を微調整できる電圧制御水晶発振器に適用され、直流
電圧をサーミスタなどにより温度特性を打ち消すように
制御して周波数を一定に保持する。一方、後者の方法は
、恒温槽内に圧電振動子、発振回路を収めることにより
これらを一定温度に保つて温度変化を与えず、発振周波
数を一定に保持する。これらの方法によれば、圧電振動
子の温度特性を相当改善できるが、前者の方法では特別
の温度特性牲御回路を必要とし、部品点数が多く、又調
整作業等が必要となりコスト的に高くつく。

一方、後者の方法では恒温槽の占有体積が大きく、しか
も消費電力が多く、やはりコスト高となり、又用途も限
定される欠色がある。このため、これら従来の方法と異
なり、コスト的に安く、しかも構成簡単な圧電振動子の
温度特性制御方法が要求される。

従つて、本発明は、簡単な構成で製造法の良い、しかも
コスト高とならない新規な圧電振動子の温度特性制御方
法を提供することを目的とする。

以下、本発明の実施例を図面に従つて詳細に説明する。

第１図はＡＴカットの周波数一温度特性図であり、縦軸
に周波数変動Δｆ／ｆ）横軸に温度Ｔをとつたものであ
る。この周波数一温度特性から明らかな如く、ＡＴカツ
トの周波数変動はほぼ温度Ｔの３次関数となつている。
こ）で、もし図中の点線のように前記３次関数と温度軸
に関し、全く対称の特性を有する外部要因を与えること
ができれば、圧電振動子は温度に対し周波数変動を生じ
ないことになる。ところで、圧電振動子は応力を加える
とその発振周波数を変動し、又、印加応力が一定でもそ
の加える方向により発振周波数を変動する。

従つて、か）る圧電振動子の有する応力感度特性を利用
すれは温度による周波数変動を打消すことができる。次
式は圧電振動子の応力感度式である。

Δｆ／ｆ＝η●Ｆ／Ｄ◆Ｋｎｆ●ｔ 但し、式中、Ｆは応力、Δｆは周波数変動、ｆは基準周
波数、ηは圧電振動子の支持部材に依存する係数、Ｄは
圧電振動子の直径、ｔは圧電振動子の厚み、Ｋｎｆは定
数である。

即ち、圧電振動子の周波数は印加する応力に比例して変
動する。

第２図はか）る周波数一応力特性図である。第３図は周
波数と応力印加方向の関係を示す周波数一応力印加方向
特性図であり、印加する応力を５００ｇｍ一定とし第４
図に示す如く、圧電振動子１への印加方向を９０第（Ｘ
軸方向）からｚ″軸方向へ１６０加迄順次変えたもので
ある。

これより明らかなように、圧電振動子は応力印加方向に
よつてもその発振周波数を変動する。第５図はエポキシ
樹脂、熱可塑性樹脂等一般的な高分子物質の弾性率一温
度特性図、第６図は高分子物質を水晶に被着した場合の
応力ー温度特性図である。第５図から明らかなように高
分子物質は所定の温度Ｔｃ（ガラス転移温度）の近傍で
弾性率が大幅に変化する。

これは高分子物質が該温度Ｔｃ近傍でガラス状からゴム
状あるいは流動状に変化するからである。たとえばポリ
ビニルクロロアセテートにおいて、この所定温度Ｔｃは
室温である。尚、この所定温度Ｔｃは樹脂の種類、硬化
剤の種類、硬化条件、フイラ一の混入量、可塑剤等によ
り室温から２０（代）程度までコントロールできる。こ
こで、フイラ一としては、無機物では金、銀、シリカ、
マイカ等であり、有機物ではテフロン、ポリエチレン、
ポリイミド等である。か）る高分子物質、フイラ一を含
む高分子物質等を水晶の表面にそのＺ″軸方向に長く帯
状に被着して温度を変えると、前記所定温度Ｔｃ以下で
は水晶に加わる応力が第６図に示す如く温度Ｔに反比例
して変化する。従つて、第２図の周波数一応力特性を参
照すると、温度変動に応じて水晶表面に加わる応力が変
化すると、それに比例して発振周波数は上昇することが
解る。第７図は水晶振動子に高分子物質を被着した場合
の総合温度特性を示す周波数一温度特性図である。

点線は高分子物質を被着しない場合の水晶の温度特性、
一点鎖線は高分子物質の被着により生ずる応力に基づく
温度特性、実線は総合温度特性である。即ち、弾性率が
大幅に変化する前記温度をＴＣｌ水晶振動子の温度特性
が零を横切る温度をＴしとしたとき、ＴｃキＴしとなる
ような高分子物質を水晶に被着すれば、実線に示す如く
水晶の温度特性の低温側を補正でき、その特性を平滑に
することができる。

尚、Ｔｃ半Ｔしであつても温度補償の効果はある。第８
図は本発明を適用した水晶振動子の構成図である。

図中、１は水晶振動子、２，２″は励振電極、３ａ，３
ｂは高分子物質で、水晶振動子１に蒸着、スクリーン印
刷、スプレー等により被着されている。尚、高分子物質
３ａ，３ｂを水晶振動子：の両面に被着してもよく、こ
のようにすれば応力を面方向（Ｚ″軸方向）に生ずるよ
うにすることができる。高分子物質３ａ，３ｂを被着し
たことにより低温側の発振周波数は上昇し、第７図に示
す如く水晶振動子１の低温側周波数一温度特性は平担と
なつて、温度変化に基づく周波数変動を押えることがで
きる。第９図は本発明を適用した別の実施例であり、同
図ａは円周方向に高分子物質３ａ，３ｂを被着したもの
、同図ｂは半径方向に高分子物質３ａ，３ｂ，３ｃ・・
・を被着したものである。

尚、以上の説明では高分子物質をＺ″軸方向、円・周方
向、半径方向に被着した場合について説明したが本発明
はこれに限るものではなく、要は圧電振動子の温度特性
を、高分子物質を被着して改善できればよい。

又、一種類の高分子物質のみを被着した場合について説
明したが、本発明はこれに限るものではなく、二種類以
上の高分子物質を被着してもよい。以上、本発明によれ
は圧電振動子の少なくとも一面に所定温度で弾性率が大
きく変化する高分子物質を被着することにより、温度に
対する圧電振動子の周波数変動を補償でき、簡単な構成
で、しかもコスト高とならず圧電振動子の温度特性を改
善し、広い温度範囲にわたつて周波数変動を平担にする
ことができる。

又、高分子物質を被着するだけでよいので製造性が向上
する。

【図面の簡単な説明】

第１図はＡＴカツトの周波数一温度特性図、第２図は圧
電振動子の周波数一応力特性図、第３図は圧電振動子の
周波数一応力印加方向特性図、第４図は応力印加を説明
する説明図、第５図は高分子物質の弾性率一温度特性図
、第６図は応力ー温度特性図、第７図は水晶振動子に高
分子物質を被着した場合の総合温度特性図、第８図は本
発明を適用した水晶振動子の構成図、第９図Ａ，ｂはそ
れぞれ本発明の実施例説明図である。 １・・・水晶振動子、２，２″・・・励振電極、３ａ，
３ｂ，３ｃ・・・高分子物質。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧電振動子の少なくとも一面に、その弾性率が大き
   く変化するガラス転移温度を有する高分子物質を被着せ
   しめ、ガラス転移温度以下において温度変化に反比例す
   る応力を前記圧電振動子に印加して、ガラス転移温度以
   下における圧電振動子の温度特性を平担にすることを特
   徴とする圧電振動子の温度特性制御方法。 ２ 前記高分子物質にフィラーを添加せしめることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の圧電振動子の温度
   特性制御方法。 ３ 前記ガラス転移温度が互いに異なる少なくとも二種
   類の高分子物質を圧電振動子に被着せしめることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の圧電振動
   子の温度特性制御方法。