JPS6252966B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS6252966B2
JPS6252966B2 JP2567878A JP2567878A JPS6252966B2 JP S6252966 B2 JPS6252966 B2 JP S6252966B2 JP 2567878 A JP2567878 A JP 2567878A JP 2567878 A JP2567878 A JP 2567878A JP S6252966 B2 JPS6252966 B2 JP S6252966B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vibration
tuning fork
crystal resonator
crystal
thickness
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP2567878A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS54118192A (en
Inventor
Eiji Momozaki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2567878A priority Critical patent/JPS54118192A/ja
Priority to GB7835718A priority patent/GB2006520B/en
Publication of JPS54118192A publication Critical patent/JPS54118192A/ja
Publication of JPS6252966B2 publication Critical patent/JPS6252966B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/15Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/21Crystal tuning forks

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水晶振動子に関する。
本発明の目的は、比較的低い共振周波数を有す
る水晶振動子の共振周波数温度特性を改良するこ
とにある。
電子時計の高精度化に伴つて、その時間標準源
である水晶振動子の高精度化が注目されている。
周波数温度特性が、良好な三次特性となる厚みす
べり水晶振動子が高精度電子時計用の時間標準水
晶振動子として注目されている。しかし、前記水
晶振動子は、共振周波数が非常に高く、(1MHz以
上)このため、発振回路、分周回路で消費される
電力は非常に大きいものとなつていて、いまだ電
子時計用として実用化されていないのが現状であ
る。従つて、現状は、屈曲振動を利用した比較的
低い共振周波数(32KHz程度)を有する水晶振動
子が主流である。しかし、かくの如き水晶振動子
においては、その共振周波数温度特性は温度に対
して二次特性となり、前述の厚みすべり水晶振動
子のような、良好な三次特性とはならず非常に劣
つている。
そこでさらに、比較的低い周波数の水晶振動子
の共振周波数温度特性を改善するために、前記温
度特性において頂点温度の異なる二つの水晶振動
子を並列に接続して発振回路を構成し、一個の水
晶振動子を使用した時よりも、周波数温度特性を
改良した水晶発振器が注目されている。しかし、
この場合は、使用する二個の水晶振動子に要求さ
れる特性は、非常に厳しく、量産性が悪い。さら
に水晶振動子を二個使用するために。製造コスト
が高くなり、又、一個の場合に比べて体積が二倍
となるため廉価、小型化が要求される電子時計用
としては、不適であり、いまだ実用化されていな
い。
本発明は、かかることに鑑み、比較的低い共振
周波数を有する水晶振動子の共振周波数温度特性
を改良し、高精度電子時計用水晶振動子の実用化
を図るものである。
以下図面により説明する。
第1図は従来の音叉型屈曲水晶振動子の原石水
晶からの切断方位を示す図である。X,Y,Zは
それぞれ電気軸、機械軸、光軸である。φは通常
2度乃至5度である。この水晶振動子の振動姿態
を第2図に示す。21は水晶振動子、22は音叉
屈曲振動の変位分布を表わしている。他方の音叉
腕の振動変位分布も上記と全く同じであるため、
図には示していない。23の矢印は変位方向を表
わす。この図に示すように、XY′面内の音叉(屈
曲)振動をしている。この場合の励振用電極の配
置の断面図を第3図に示す。表裏面にそれぞれ対
向する分割された電極が設けられている。分割さ
れた各々の電極下の水晶内部における電界33の
X成分方向が互いに逆となるため、第2図に示す
ような音叉振動を励振することができる。この音
叉型水晶振動子の共振周波数温度特性を第4図に
示す。第4図からわかるように0℃〜40℃の範囲
で、約−60ppm程度の変化がある。
このように従来の音叉型水晶振動子においては
共振周波数温度特性が悪く、別の素子によりこれ
を補償する等の対策が施されてきた。従つて、量
産性のある安価な高精度水晶振動子を従来の音叉
型水晶振動子で実用化するのは不可能であつた。
本発明はかかる欠点を除去し、量産性のある安
価な低周波(32KHz〜200KHz)高精度水晶振動
子を実用化するものである。
第5図は本発明になる水晶振動子の具体例の見
取図で、存在する振動の内で注目する二つの振動
の姿態をも示している。51は水晶振動子で音叉
型の具体例である。52は注目する第一の振動で
X′,Y′面内の屈曲振動姿態、53の矢印はその
変位の方向と振巾を表わしている。一方54は注
目する第二の振動で音叉腕の中心軸(Y′1軸)の
回りのねじり振動姿態を表わしている。音叉振動
子の他方の腕(Y′2)についても同様であるので、
以後は、前記一方のみで説明する。屈曲振動52
の共振周波数は、音叉の腕の長さ1、巾w、
厚みtとすると、1とwで決まる、一方、ねじり
振動54の共振周波数は、1とwとtで決ま
る。従つて1,w,tを適当に選ぶことにより
を任意に近づけることができ、両振動を
結合させることが可能である。1及びwを固定し
て、厚みtを変化させたときの屈曲振動及びねじ
り振動の共振周波数の変化の様子は第
12図に示すようになる。t=t1の厚さでは単一
の屈曲振動が発生している。tを増やしてい
くと、は互いに近づいてくるが、両振
動が結合を起こすため、結合しない場合に全く同
一の周波数になる厚みt3においても、相離れるよ
うな動きを呈する。t=t3のときに結合の度合い
が最も大きく「完全に結合する」収態という。
の共振周波数温度特性を10+α(T―20)+β(T−20)2+γ
(T−20)3 但し、Tは温度〔℃〕 α……一次係数 β……二次係数 γ……三次係数 と、20℃を中心として三次までのテーラ展開で近
似する。厚みtを変えた時の第12図結合の度合
を表わすと、の周波数温度特性の
一次係数(上式のα)は、第13図のように変化
する。この時のの共振周波数温度特性の変化
を示したのが第16図である。t=t2においてα
=0とすることができる。この時の水晶音叉の原
石水晶からの載出角は、第13図に示すような座
標において(,θ,ψ)である。t=t2
においてα=0のときの二次係数βは第15図に
如くなる。このように、ある載出角(,θ,
ψ)において厚みtを変化させ、結合度(
)を適切な値として、常にαを零にしなが
ら、順次(,θ,ψ)を変えていくと、βは第
15図に示す如く変化する。即ち、載出角(
,θ,ψ)においてβも零とすることがで
きる。以上の手続きに示したようにαが常に零に
あるようにtを選び、(,θ,ψ)を変えた時
の共振周波数温度特性の変化のようすを第
18図に示す。この図からわかるように、本発明
になる他の振動モードを結合させ、厚みt=t2
載出角(,θ,ψ)とすることにより、
良好な温度特性(第16図180)を、得ること
ができる。
本発明の具体例第5図の場合の励振用電極の配
置の具体例(音叉腕の断面図)を第6図に示す。
62の斜線部分が電極膜である。水晶内部61の
中に生ずる電界63のX成分(電気軸方向成分)
により、第5図の屈曲振動52とねじり振動54
を励起することができる。電極膜の全体配置の具
体例の図を第7図に示す。本図に示すように、水
晶音叉の側面部まで電極を施すことにより、より
効果的に、上記二つの振動を励振することができ
る。
本発明になる他の具体例を第8図に示す。81
は、両端AとEが自由な棒状水晶振動子である。
図中BとDは固定点で、振動の節となる。この場
合、注目する第一の振動モードは、82の屈曲振
動である。このモードと、結合させる第二の振動
モードは83のねじり振動モードである。このね
じり振動はB点及びD点を節とする図に示すよう
な高次のねじり振動である。82及び83の共振
周波数を及びとすると、の周波数温
度特性は前述の音叉型水晶振動子の場合と全く同
様で、適切な相互の振動モード結合と、適切な載
出角(,θ,ψ)により、第16図18
0のような良好な温度特性を得ることができる。
さらに、本発明になる他の具体例の図を第9図
に示す。92は、注目する第1の振動モードで、
高次(図の場合二次)の屈曲振動である。このモ
ードと結合させる、第二の振動モードは、音叉腕
のねじり振動(高次も可)93である。この二つ
のモードを結合させることにより、既述の方法と
同様に、周波数温度特性を改良できる。
さらに本発明になる具体例の断面図、平面図を
第10図、第11図に示す。101は、平板状の
水晶振動子である。102は注目する第一の振動
モードで、厚みすべり振動モードである。これと
結合させる第二の振動モードは103で、輪郭す
べり振動(高次振動を含む)である。本発明にな
る温度特性の改良は、102をとし、103
とすることで、既述の説明と全く同様であ
る。
本具体例においては、水晶振動子は従来の作成
法、即ち、ワイヤーソー等で、水晶板を切り、一
個一個音叉型に仕上げる方法でも作成することが
できる。しかし、この従来の方法によると、製造
のために工数がかかり、又、小型にすることがで
きない。さらには、製造された一個一個は、形
状・特性ともにバラツキが大きく、量産性がな
い。この欠点を除去するものが、本発明の更なる
発明である。即ち、500μm以下の厚みの水晶板
から、フオトリソグラフイの製法により作成され
たことを特徴としている。
前記,θの角度で切り出された水晶板を500
μm以下の厚みに研磨し、これにクロム、金を両
面に真空蒸着する。次に、前記本発明になる音叉
型水晶振動子のパターンを印刷したガラスマスク
を使用し、フオトエツチを行なう。音叉型振動子
のパタン以外の部分のクロム、金を剥離し、この
後、水晶板をフツ酸中で腐食すると、音叉型の振
動子が大量に作成できる。
本発明のこの方法を使用することにより、従来
とは違つた作成に工数がかからず、形状・特性と
もに安定した音叉型振動子を大量に作成すること
が可能である。
さらに、本発明を用いることにより、,θの
角度で水晶原石から切り出された水晶板の面内で
さらに音叉型振動子のパタンをガラスマスクの中
でψだけ回転しておくことにより、より良好な温
度特性の水晶振動子を容易に作成することができ
る。
本発明の構成によれば、音叉水晶振動子におい
て、音叉主面と側面に設けた対向電極に電界を印
加することによつて、屈曲振動と捩り振動の両方
を同時に発生させるとともに音叉型水晶振動子の
厚さt2が、音叉型水晶振動子が単一の屈曲振動を
する厚さをt1、変振動と捩り振動が完全に結合す
る厚さをt3としたとき、t1<t2<t3の関係に設定さ
れることにより周波数温度特性曲線の1次係数α
と2次係数βとを零にしたものであり次のような
効果を有する。
音叉水晶振動子に内在する振動として屈曲振動
の他に捩り振動を用いたものであり、捩り振動は
等価抵抗が屈曲振動と同様に低いため、音叉振動
子の屈曲用の電極で容易に発生し、しかもパワー
が少なくてよいというメリツトを有する。又、音
叉振動子はその振動の対称性のためにたいへんに
バランスが良く、耐衝性のある振動性能を有する
ものであるが、捩り振動も両叉の間で振動の対称
性をもたせることができるものであり、屈曲振動
と捩り振動を同時に発生しても依然耐衝性のある
振動子を提供できるものである。そのため低周波
数帯で駆動されることと相俟つて腕時計等の小型
な携帯機器に最適な振動子を提供する。
又、本願の振動子において、屈曲振動と捩り振
動の弾性的な結合によつて、周波数温度特性を調
整し、1次温度係数αと2次温度係数βを0に近
づけたものであり、振動子自身の機械的な結合の
みによつて、周波数温度特性が決定するため、発
振回路等の電気的な影響を受けないメリツトを有
する。そのため発振回路としては汎用のものを用
いることができ、製造調整を著しく容易なものと
している。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の具体例の載出角を示す図。第2
図、第3図は従来の具体例の図。第4図は、従来
の水晶振動子の特性具体例の図。第5図、第8
図、第9図、第10図、第11図は、本発明の具
体例の図。第6図、第7図は、本発明になる水晶
振動子の電極配置の具体例の図。第12図、第1
3図、第14図、第15図、第16図は、本発明
になる水晶振動子の特性を説明するための図。 11,21,31,51,61,71,81,
91,101,121,131,201,25
1,261……水晶振動子、22,52,54,
82,83,92,93,102,103……振
動モード、23,53……変位振巾、32,6
2,72……電極膜、33,63……電界。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 Z板をX軸もしくはY軸の回りに回転して切
    り出された水晶板から形成される音叉型水晶振動
    子に於て、音叉主面と音叉側面に対向して形成さ
    れた電極間に印加された電界によつて各叉に屈曲
    振動と捩り振動を同時に発生させてなり、且つ前
    記音叉型水晶振動子の厚さt2は、前記音叉型水晶
    振動子が単一の屈曲振動をする厚さをt1、屈曲振
    動と捩り振動が完全に結合する厚さをt3としたと
    き、t1<t2<t3に形成して前記屈曲振動子の温度
    特性曲線の1次係数αと2次係数βをほぼ零とし
    たことを特徴とする音叉型水晶振動子。
JP2567878A 1977-09-07 1978-03-07 Crystal oscillator Granted JPS54118192A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2567878A JPS54118192A (en) 1978-03-07 1978-03-07 Crystal oscillator
GB7835718A GB2006520B (en) 1977-09-07 1978-09-06 Piezoelectric resonator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2567878A JPS54118192A (en) 1978-03-07 1978-03-07 Crystal oscillator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS54118192A JPS54118192A (en) 1979-09-13
JPS6252966B2 true JPS6252966B2 (ja) 1987-11-09

Family

ID=12172438

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2567878A Granted JPS54118192A (en) 1977-09-07 1978-03-07 Crystal oscillator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS54118192A (ja)

Also Published As

Publication number Publication date
JPS54118192A (en) 1979-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4418299A (en) Face-shear mode quartz crystal vibrators and method of manufacture
JPWO1996010293A1 (ja) Sawデバイス
US4306170A (en) AT-Cut quartz resonator, with w/t=2.0 to 2.8, l/t<25
JPH0232807B2 (ja)
US5821673A (en) Wafer and surface acoustic wave device
GB1560537A (en) Piezoelectric microresonator
JPH09298446A (ja) 弾性表面波装置及びその設計方法
US4503353A (en) Cut angles for tuning fork type quartz resonators
JPS6316169Y2 (ja)
JPS6252966B2 (ja)
WO2002031975A1 (fr) Dispositif produisant des vibrations de torsion
JPS5838015A (ja) 圧電振動子
JPH0666631B2 (ja) 水晶振動子
JP3363457B2 (ja) 捩り水晶振動子
JPS5837150Y2 (ja) 圧電型水晶共振子
JPH0344451B2 (ja)
GB2042796A (en) Piezo-electric vibrator
JPS62128605A (ja) 弾性表面波素子
JPS581315A (ja) 倍調波屈曲振動音叉型水晶振動子
EP0019632A1 (en) Quartz crystal resonator
JPS6217405B2 (ja)
JPS59174012A (ja) タンタル酸リチウム厚みすべり振動子
JPS5912810Y2 (ja) 圧電振動子
JPH04255105A (ja) 厚みすべり水晶振動子
JPS5838651Y2 (ja) 結晶振動子