JPS63202113A - 結合水晶振動子 - Google Patents
結合水晶振動子Info
- Publication number
- JPS63202113A JPS63202113A JP3370387A JP3370387A JPS63202113A JP S63202113 A JPS63202113 A JP S63202113A JP 3370387 A JP3370387 A JP 3370387A JP 3370387 A JP3370387 A JP 3370387A JP S63202113 A JPS63202113 A JP S63202113A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tuning fork
- vibrator
- tip
- frequency
- mode
- 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.)
- Pending
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- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野〕
本発明は、高精度の周波数基準源を必要とする、例えば
、腕時計に使用される圧電振動子に関する。
、腕時計に使用される圧電振動子に関する。
特に、音叉型水晶振動子の形状に関する。
本発明は、広い温度範囲に亙って、周波数変化の小さい
音叉型屈曲捩じり結合水晶振動子を提供することにある
。即ち、良好な周波数温度特性を得るには屈曲モードと
捩じりモード結合の強さを示す、いわゆる結合係数を大
きくする必要がある。
音叉型屈曲捩じり結合水晶振動子を提供することにある
。即ち、良好な周波数温度特性を得るには屈曲モードと
捩じりモード結合の強さを示す、いわゆる結合係数を大
きくする必要がある。
しかしながら、このときに、屈曲モードと捩しリモート
の共振周波数が変化し、基準周波数を何らかの方法で調
整する必要がある。本発明は振動子の境界条件から導出
される固有方程式の解、即ち、係数を変化させることに
より、必要とする基準周波数に合わせ込むものである。
の共振周波数が変化し、基準周波数を何らかの方法で調
整する必要がある。本発明は振動子の境界条件から導出
される固有方程式の解、即ち、係数を変化させることに
より、必要とする基準周波数に合わせ込むものである。
腕時計用水晶振動子として、音叉型屈曲水晶振動子が多
用されて来た。しかしながら、この振動子は２次温度係
数が大きいために、広い温度範囲に互って零温度係数を
得ることができなかった。
用されて来た。しかしながら、この振動子は２次温度係
数が大きいために、広い温度範囲に互って零温度係数を
得ることができなかった。
最近は、屈曲モードに捩じりモードを結合させて、主振
動となる屈曲モードの周波数温度特性を改善しているが
、従来から通信機器等で多用されているＡＴカット水晶
振動子と同等かそれより劣っていた。
動となる屈曲モードの周波数温度特性を改善しているが
、従来から通信機器等で多用されているＡＴカット水晶
振動子と同等かそれより劣っていた。
このために腕時計等の機器においては、精度に限界があ
った。そこで、本発明は広い温度範囲に互って、周波数
変化の小さい音叉型屈曲涙しり結合水晶振動子を提案す
るものである。即ち、３次温度係数が小さく、且つ、必
要とする基準周波数に調整できる振動子形状を提供する
ものである。
った。そこで、本発明は広い温度範囲に互って、周波数
変化の小さい音叉型屈曲涙しり結合水晶振動子を提案す
るものである。即ち、３次温度係数が小さく、且つ、必
要とする基準周波数に調整できる振動子形状を提供する
ものである。
第１図は本発明の音叉型屈曲涙じり結合水晶振動子の座
標系を示す。Ｘ、Ｙ、Ｚはそれぞれ水晶の電気軸、機械
軸、光軸を示し、幅Ｗ、厚みＴ。
標系を示す。Ｘ、Ｙ、Ｚはそれぞれ水晶の電気軸、機械
軸、光軸を示し、幅Ｗ、厚みＴ。
長さしの振動子で、屈曲モード及び涙しりモードにて生
じる曲げモーメントＢ。、涙じりモーメントＴ、４が音
叉両腕に働く、即ち、音叉型振動子は片持ち梁が２本あ
るとして取り扱うことができる。
じる曲げモーメントＢ。、涙じりモーメントＴ、４が音
叉両腕に働く、即ち、音叉型振動子は片持ち梁が２本あ
るとして取り扱うことができる。
従って、振動解析はこの片持ち梁として進める。
結合した屈曲捩じり水晶振動子の共振周波数ｆは次式で
表わされる。
表わされる。
但し、ｆ、、ｆ、はそれぞれ屈曲モードと捩じりモード
の共振周波数で、Ｋ、は両モード間の結合の強さを示す
結合係数である。本発明では、この結合係数が振動子形
状によって変わることを見出した。 更に、詳述すると
、結合係数に、は次式で与えられる。
の共振周波数で、Ｋ、は両モード間の結合の強さを示す
結合係数である。本発明では、この結合係数が振動子形
状によって変わることを見出した。 更に、詳述すると
、結合係数に、は次式で与えられる。
ここで、Ｋは振動子の振動次数、カット角によって決定
される定数である。式（２）から明らかなように、Ｋ１
１は辺比Ｔ／Ｗの関数となり、辺比によってに、は変わ
る０次に、温度係数とに、との関係について述べる。今
、温度２０℃で式（１）をＴａｙｌｏｒ展開すると次式
が得られる。但し、温度りとする。
される定数である。式（２）から明らかなように、Ｋ１
１は辺比Ｔ／Ｗの関数となり、辺比によってに、は変わ
る０次に、温度係数とに、との関係について述べる。今
、温度２０℃で式（１）をＴａｙｌｏｒ展開すると次式
が得られる。但し、温度りとする。
α、β、Ｔは１次、２次、３次温度係数で次式にて定義
される。
される。
従って、式（１）と式（４）より、α、β、γは容易に
計算される。即ち、温度係数と辺比Ｔ／Ｗとの関係が得
られる。次に、境界条件から導出される固有方程式の解
、即ち、係数について述べる。独立した屈曲モードと捩
じりモードの共振周波数ｆＩ。
計算される。即ち、温度係数と辺比Ｔ／Ｗとの関係が得
られる。次に、境界条件から導出される固有方程式の解
、即ち、係数について述べる。独立した屈曲モードと捩
じりモードの共振周波数ｆＩ。
ｆ２は次式で表わされる。
４π２η ρＩ。
但し、記号は密度ρ、断面二次モーメントＩｖ。
ヤング率Ｅ２．．断面積Ａ、 ｔｌＪしり剛性Ｃｔ、断
面の極慣性モーメント！。、固有方程式の解λ、シ、振
動モードによる定数ａＩ＋ ａ！＋ ａ３＋涙じり振動
の補正項り１弾性コンプライアンス定数３３’Ｊ’ ＋
Ｓ Ｓｓ’ Ｉ３２４ ’ ＋結合によって生じる補
正項ηである。従って、式（５）の第１項より、ｆ、は
固有方程式の解λの２乗に比例することが分かる。一方
、ｆ２は同様にνに比例する。このように、ｆ、、ｆ、
はそれぞれλ、νの関数となる。次に、λ、νを変化さ
せる方法について述べる。屈曲モードと涙しりモードが
基本波振動のときには、音叉先端で振幅が最大となるか
ら、この先端に質量ｍを付加すると境界条件が変り、固
有方程式の形が変わる。即ち、次の様になる。
面の極慣性モーメント！。、固有方程式の解λ、シ、振
動モードによる定数ａＩ＋ ａ！＋ ａ３＋涙じり振動
の補正項り１弾性コンプライアンス定数３３’Ｊ’ ＋
Ｓ Ｓｓ’ Ｉ３２４ ’ ＋結合によって生じる補
正項ηである。従って、式（５）の第１項より、ｆ、は
固有方程式の解λの２乗に比例することが分かる。一方
、ｆ２は同様にνに比例する。このように、ｆ、、ｆ、
はそれぞれλ、νの関数となる。次に、λ、νを変化さ
せる方法について述べる。屈曲モードと涙しりモードが
基本波振動のときには、音叉先端で振幅が最大となるか
ら、この先端に質量ｍを付加すると境界条件が変り、固
有方程式の形が変わる。即ち、次の様になる。
１＋ｃｏｓｈλＬｃｏｓｈλＬｌｌ λＬ（ｃｏｓｈ
λＬｓｉｎλし一５ｉｎｈ λＬｃｏｓλＬ）＝Ｏ−１
６１但し、μ＝翔／ρ＾Ｌで与えられる。式（６）から
明らかなようにμｍ０のとき、即ち、先端に質量がない
ときには、一端固定、他端自由の境界条件での固有方程
式が得られる。このように、音叉先端に質ｉ１ｍを付加
すると係数λΦ値を変えることができる。 一方、νに
ついては、ｍは音叉中立面上にあるので、νはほとんど
変化しない。逆に、音叉に設けるとνは著しく変化し、
λも少し変化する。
λＬｓｉｎλし一５ｉｎｈ λＬｃｏｓλＬ）＝Ｏ−１
６１但し、μ＝翔／ρ＾Ｌで与えられる。式（６）から
明らかなようにμｍ０のとき、即ち、先端に質量がない
ときには、一端固定、他端自由の境界条件での固有方程
式が得られる。このように、音叉先端に質ｉ１ｍを付加
すると係数λΦ値を変えることができる。 一方、νに
ついては、ｍは音叉中立面上にあるので、νはほとんど
変化しない。逆に、音叉に設けるとνは著しく変化し、
λも少し変化する。
このように、本発明は屈曲モードと捩じりモードの間の
結合係数を詳細に検討することによって、この結合係数
が辺比Ｔ／Ｗの関数となることを見出した。即ち、両モ
ード間の結合は振動子形状に依存するので、これより温
度係数を変化させることができる。
結合係数を詳細に検討することによって、この結合係数
が辺比Ｔ／Ｗの関数となることを見出した。即ち、両モ
ード間の結合は振動子形状に依存するので、これより温
度係数を変化させることができる。
更に、屈曲モードと捩じりモードの共振周波数ｆ、、ｆ
、は固有方程式の形を変えることによって変えることが
できる。
、は固有方程式の形を変えることによって変えることが
できる。
次に、本発明にて得られた結果を具体的に述べる。第２
図は本発明の音叉型振動子じり水晶振動子の一例で、辺
比Ｔ／Ｗと３次温度係数γとの関係を示す０図から明ら
かなように、Ｔ／Ｗが大きくなるとＴは零へと近づく、
このように、Ｔ／Ｗはγを小さくする働きがある０本発
明でＴ／Ｗが０．３５〜０．８５にすればよい、この理
由は、従来のγの半分になるＴ／Ｗは０．３５となり、
従来のものより著しく温度特性が改善される辺比である
。又、Ｔ／Ｗ−０，８５は、Ｔ／Ｗを大きくして行くと
、圧電効率より捩じり振動が強く励振される。それ故、
主振動となる屈曲モードで励振させるには辺比Ｔ／Ｗ＝
０．８５以内であれば充分である。
図は本発明の音叉型振動子じり水晶振動子の一例で、辺
比Ｔ／Ｗと３次温度係数γとの関係を示す０図から明ら
かなように、Ｔ／Ｗが大きくなるとＴは零へと近づく、
このように、Ｔ／Ｗはγを小さくする働きがある０本発
明でＴ／Ｗが０．３５〜０．８５にすればよい、この理
由は、従来のγの半分になるＴ／Ｗは０．３５となり、
従来のものより著しく温度特性が改善される辺比である
。又、Ｔ／Ｗ−０，８５は、Ｔ／Ｗを大きくして行くと
、圧電効率より捩じり振動が強く励振される。それ故、
主振動となる屈曲モードで励振させるには辺比Ｔ／Ｗ＝
０．８５以内であれば充分である。
第３図は本発明の周波数温度特性の一実施例を示す、１
は従来の辺比Ｔ／Ｗ−０，１５の場合で、２は本発明の
辺比Ｔ／Ｗ−０，８の場合である。本発明では周波数温
度特性において著しく改善されていることが分かる。
は従来の辺比Ｔ／Ｗ−０，１５の場合で、２は本発明の
辺比Ｔ／Ｗ−０，８の場合である。本発明では周波数温
度特性において著しく改善されていることが分かる。
第４図は、本発明の一実施例で、振動子３の音叉先端に
錘り４が設けられている。
錘り４が設けられている。
第５図、第６図は他の実施例で振動子３の先端の錘り５
，６とその形状が異なる例である。
，６とその形状が異なる例である。
第７図は捩じりモード周波数ｆ２が著しく変化する実施
例である。又、音叉先端の錘りには更に、金属材料のＡ
、等が配置されていても良い。
例である。又、音叉先端の錘りには更に、金属材料のＡ
、等が配置されていても良い。
以上述べたように、本発明は結合係数Ｋ。が辺比Ｔ／Ｗ
によって変化させることを見出した。その結果、Ｔ／Ｗ
の選択により、３次温度係数γを従来のものの半分以下
と著しく小さくすることができた。従って、広い温度範
囲に亙って、周波数変化が小さくなるという効果を有す
る。更に、本発明の水晶振動子を腕時計等に使用すると
、狂いの小さい、即ち、高精度の腕時計が実現できる効
果を有する。又、音叉型振動子であるので、小型化、軽
量化が可能となる効果を有し、同時に、低周波数である
ので消費電力が小さくなる効果をも有する。
によって変化させることを見出した。その結果、Ｔ／Ｗ
の選択により、３次温度係数γを従来のものの半分以下
と著しく小さくすることができた。従って、広い温度範
囲に亙って、周波数変化が小さくなるという効果を有す
る。更に、本発明の水晶振動子を腕時計等に使用すると
、狂いの小さい、即ち、高精度の腕時計が実現できる効
果を有する。又、音叉型振動子であるので、小型化、軽
量化が可能となる効果を有し、同時に、低周波数である
ので消費電力が小さくなる効果をも有する。
更に、音叉先端に配置された金属錘りをレーザーによっ
て除去できるので周波数調整が容易、且つ、製造工数の
大幅削減できる効果を存する。
て除去できるので周波数調整が容易、且つ、製造工数の
大幅削減できる効果を存する。
第１図は、本発明の音叉型振動子じり水晶振動子の座標
系を示す図、第２図は、辺比Ｔ／Ｗと３次温度係数Ｔと
の関係を示す図、第３図は、本発明の音叉型結合水晶振
動子の周波数温度特性の一実施例を示す図、第４図は、
本発明の音叉型水晶振動子形状の一実施例を示す平面図
、第５図、第６図、第７図は本発明の音叉型水晶振動子
形状の他の実施例を示す平面図である。 １・・・・・・従来例 ２・・・・・・本発明例 ３・・・・・・振動子 ４、Ｓ、６．７ ・ ・ ・錘り 以上 出願人 セイコー電子部品株式会社 代理人 弁理士 最 上 務（他１名）音入堅暑囲模
゛）水晶↑梃ψ〃Ｊ−力座す票系乞ネー４図第１図 ｙ勺とｒｎ聞ｆ糸をＡ、１図 第２図 ＷＲ７１！１ＪＴｉｊ−１５１丁ｆｒｌｔ ｆ−；Ｐ、
−１゛ＱＱ第 ３叉型水晶４辰？７７３ｒの平面図 音叉型水馬振動
子の平面図第４図 も５１３ 音叉型水晶撮動子の平面図 音込型水晶譲動子の平面
図第６図 第７図
系を示す図、第２図は、辺比Ｔ／Ｗと３次温度係数Ｔと
の関係を示す図、第３図は、本発明の音叉型結合水晶振
動子の周波数温度特性の一実施例を示す図、第４図は、
本発明の音叉型水晶振動子形状の一実施例を示す平面図
、第５図、第６図、第７図は本発明の音叉型水晶振動子
形状の他の実施例を示す平面図である。 １・・・・・・従来例 ２・・・・・・本発明例 ３・・・・・・振動子 ４、Ｓ、６．７ ・ ・ ・錘り 以上 出願人 セイコー電子部品株式会社 代理人 弁理士 最 上 務（他１名）音入堅暑囲模
゛）水晶↑梃ψ〃Ｊ−力座す票系乞ネー４図第１図 ｙ勺とｒｎ聞ｆ糸をＡ、１図 第２図 ＷＲ７１！１ＪＴｉｊ−１５１丁ｆｒｌｔ ｆ−；Ｐ、
−１゛ＱＱ第 ３叉型水晶４辰？７７３ｒの平面図 音叉型水馬振動
子の平面図第４図 も５１３ 音叉型水晶撮動子の平面図 音込型水晶譲動子の平面
図第６図 第７図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 屈曲モードと捩じりモードが基本波振動で結合する音
叉型結合水晶振動子で、前記音叉先端部に鍾りとなる突
出部を設けたことを特徴とする結合水晶振動子。 （２）振動子の幅をＷ、厚みをＴとしたとき、辺比Ｔ／
Ｗを０．３５〜０．８５から選んだ特許請求の範囲第１
項記載の結合水晶振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3370387A JPS63202113A (ja) | 1987-02-17 | 1987-02-17 | 結合水晶振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3370387A JPS63202113A (ja) | 1987-02-17 | 1987-02-17 | 結合水晶振動子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63202113A true JPS63202113A (ja) | 1988-08-22 |
Family
ID=12393777
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3370387A Pending JPS63202113A (ja) | 1987-02-17 | 1987-02-17 | 結合水晶振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63202113A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5708320A (en) * | 1994-10-28 | 1998-01-13 | Alps Electric Co., Ltd | Vibratory gyroscope |
| US7417362B2 (en) * | 2003-03-28 | 2008-08-26 | Daishinku Corporation | Frequency regulating method for tuning fork type vibrator and tuning fork type vibrator frequency-regulated by the method |
| JP2011239133A (ja) * | 2010-05-10 | 2011-11-24 | Seiko Epson Corp | 振動片、振動子及び発振器 |
| JP2012129681A (ja) * | 2010-12-14 | 2012-07-05 | Seiko Epson Corp | 電子機器 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51126786A (en) * | 1975-04-25 | 1976-11-05 | Seiko Instr & Electronics Ltd | Flexural vibrator |
| JPS5412692A (en) * | 1977-06-30 | 1979-01-30 | Citizen Watch Co Ltd | Tuning fork type crystal oscillator for watch use |
| JPS5651384U (ja) * | 1979-09-25 | 1981-05-07 | ||
| JPS57199312A (en) * | 1981-06-02 | 1982-12-07 | Citizen Watch Co Ltd | Piezoelectric oscillator |
| JPS5838015A (ja) * | 1981-08-28 | 1983-03-05 | Citizen Watch Co Ltd | 圧電振動子 |
| JPS6064516A (ja) * | 1983-09-20 | 1985-04-13 | Seiko Instr & Electronics Ltd | 結合水晶振動子 |
-
1987
- 1987-02-17 JP JP3370387A patent/JPS63202113A/ja active Pending
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