JPH0590877A - 捩り水晶振動子 - Google Patents
捩り水晶振動子Info
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- JPH0590877A JPH0590877A JP24983891A JP24983891A JPH0590877A JP H0590877 A JPH0590877 A JP H0590877A JP 24983891 A JP24983891 A JP 24983891A JP 24983891 A JP24983891 A JP 24983891A JP H0590877 A JPH0590877 A JP H0590877A
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- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 17
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 5
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 2
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 カット角φ=0°〜30°,θ=0°〜−1
0°の水晶板から周波数温度特性に優れた、周波数が近
似的に200kHz〜600kHzの小型捩り水晶振動
子を提供することにある。 【構成】 長さy0 寸法の回りに捩りモーメントを有す
る捩り水晶振動子で、x軸とz' 軸の回りの回転角φ=
0°〜30°、θ=0°〜−10°の水晶板から前記振
動子を形成し、表裏面に配置された電極は音叉腕の長さ
方向に対して傾斜角ψを有する。
0°の水晶板から周波数温度特性に優れた、周波数が近
似的に200kHz〜600kHzの小型捩り水晶振動
子を提供することにある。 【構成】 長さy0 寸法の回りに捩りモーメントを有す
る捩り水晶振動子で、x軸とz' 軸の回りの回転角φ=
0°〜30°、θ=0°〜−10°の水晶板から前記振
動子を形成し、表裏面に配置された電極は音叉腕の長さ
方向に対して傾斜角ψを有する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は捩り水晶振動子のカット
角と辺比Rzx(厚み/幅)に関する。特に、小型化、
高精度化、耐衝撃性、低廉化の要求の強い腕時計、ポケ
ットベル、ICカードや移動無線等の基準信号源として
最適な新カットの捩り水晶振動子とその励振電極構成に
関する。
角と辺比Rzx(厚み/幅)に関する。特に、小型化、
高精度化、耐衝撃性、低廉化の要求の強い腕時計、ポケ
ットベル、ICカードや移動無線等の基準信号源として
最適な新カットの捩り水晶振動子とその励振電極構成に
関する。
【0002】
【従来の技術】周波数が200kHz〜600kHzの水晶
振動子は、音叉形状した屈曲水晶振動子と縦水晶振動子
が用いられてきた。
振動子は、音叉形状した屈曲水晶振動子と縦水晶振動子
が用いられてきた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来か
ら使用されている音叉型屈曲水晶振動子は高調波モード
を使用するため、電極形成が複雑で、リード線等の支持
による振動エネルギー損失が多く、その結果、等価直列
抵抗R1 が上昇するなどの課題が残されていた。一方、
縦水晶振動子は、周波数が振動腕の長さに反比例するた
め、600kHz以下の振動子を実現しようとすると、自
ずから、サイズが大きくなり、小型化できないという課
題が残されていた。このようなことから、周波数が20
0kHz〜600kHzで、しかも、超小型で零温度係数を
有し、化学的エッチング加工が容易な新カットの水晶振
動子が所望されていた。
ら使用されている音叉型屈曲水晶振動子は高調波モード
を使用するため、電極形成が複雑で、リード線等の支持
による振動エネルギー損失が多く、その結果、等価直列
抵抗R1 が上昇するなどの課題が残されていた。一方、
縦水晶振動子は、周波数が振動腕の長さに反比例するた
め、600kHz以下の振動子を実現しようとすると、自
ずから、サイズが大きくなり、小型化できないという課
題が残されていた。このようなことから、周波数が20
0kHz〜600kHzで、しかも、超小型で零温度係数を
有し、化学的エッチング加工が容易な新カットの水晶振
動子が所望されていた。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は以下の方法で従
来の課題を解決するものである。すなわち、捩り振動モ
ードで振動する水晶振動子で、該振動子の長さy0 、幅
x0 と厚みz0 方向を各々y軸(機械軸)、x軸(電気
軸)とz軸(光軸)に一致させ、x軸を回転軸として、
角度φ=0°〜30°回転し、更に、z軸の新軸z' 軸
の回りに角度θ=0°〜−10°回転して形成し、更
に、振動子の厚みz0 と幅x0 の比Rzx(z0 /
x0 )を0.1から1.5にすることにより課題を解決
している。
来の課題を解決するものである。すなわち、捩り振動モ
ードで振動する水晶振動子で、該振動子の長さy0 、幅
x0 と厚みz0 方向を各々y軸(機械軸)、x軸(電気
軸)とz軸(光軸)に一致させ、x軸を回転軸として、
角度φ=0°〜30°回転し、更に、z軸の新軸z' 軸
の回りに角度θ=0°〜−10°回転して形成し、更
に、振動子の厚みz0 と幅x0 の比Rzx(z0 /
x0 )を0.1から1.5にすることにより課題を解決
している。
【0005】
【作用】このように、本発明は捩り水晶振動子で、しか
もカット角(φ,θ)をx軸の回りにφ=0°〜30°
回転し、更に、z' 軸の回りにθ=0°〜−10°回転
し、更に、辺比Rzx(厚み/幅)が0.1〜1.5を
有する振動子をエッチング法により形成し、同時に、励
振電極を振動腕の長さ方向に対して傾斜角を設けて配置
することにより、零温度係数を持った等価直列抵抗R1
の小さい捩り水晶振動子が得られる。
もカット角(φ,θ)をx軸の回りにφ=0°〜30°
回転し、更に、z' 軸の回りにθ=0°〜−10°回転
し、更に、辺比Rzx(厚み/幅)が0.1〜1.5を
有する振動子をエッチング法により形成し、同時に、励
振電極を振動腕の長さ方向に対して傾斜角を設けて配置
することにより、零温度係数を持った等価直列抵抗R1
の小さい捩り水晶振動子が得られる。
【0006】
【実施例】次に、本発明を実施例に基づいて具体的に述
べる。図1は本発明の捩り水晶振動子1とその座標系を
示す。座標系は原点o、電気軸x、機械軸y、光軸zか
ら成り、o−xyzを構成している。まず、厚みz0 、
幅x0 、長さy0 から成り、y軸回りに捩りモーメント
を有する捩り水晶振動子1はz軸と垂直となるz板水晶
に一致するように置く。
べる。図1は本発明の捩り水晶振動子1とその座標系を
示す。座標系は原点o、電気軸x、機械軸y、光軸zか
ら成り、o−xyzを構成している。まず、厚みz0 、
幅x0 、長さy0 から成り、y軸回りに捩りモーメント
を有する捩り水晶振動子1はz軸と垂直となるz板水晶
に一致するように置く。
【0007】次に、x軸とz' 軸を回転軸として、反時
計方向の回転を正とすると、角度φ=0°〜30°、θ
=0°〜−10°回転されて振動子は形成される。次に
一次温度係数αを零にするカット角(φ,θ)と辺比R
zx(厚みz0 /幅x0 )との関係を示す。図2は本発
明の捩り水晶振動子の一次温度係数αが零になるときの
カット角(φ,θ)と辺比Rzxとの関係(a)とその
時の二次温度係数βの値(b)である。θ=0°と−1
0°のときの例を示す。θ=0°〜−10°の範囲で
は、カット角φと辺比Rzx(0.7〜1.1)の組み
合わせにより、多数α=0となることがよく分かる。ま
た、カット角θ=−10°のとき、φ=30°付近でβ
の絶対値は最小値を示す。例えば、φ=28°、θ=−
10°で、α=0となり、その時のβは−1.16×1
0-8/℃2 とその絶対値は音叉型屈曲水晶振動子の約1
/3倍と相当に小さい値が得られた。特に、φ=0°〜
30°、θ=0°〜−10°で、βの絶対値は|β|<
3.0×10-8/℃2と優れた周波数温度特性を有する
捩り水晶振動子が得られる。
計方向の回転を正とすると、角度φ=0°〜30°、θ
=0°〜−10°回転されて振動子は形成される。次に
一次温度係数αを零にするカット角(φ,θ)と辺比R
zx(厚みz0 /幅x0 )との関係を示す。図2は本発
明の捩り水晶振動子の一次温度係数αが零になるときの
カット角(φ,θ)と辺比Rzxとの関係(a)とその
時の二次温度係数βの値(b)である。θ=0°と−1
0°のときの例を示す。θ=0°〜−10°の範囲で
は、カット角φと辺比Rzx(0.7〜1.1)の組み
合わせにより、多数α=0となることがよく分かる。ま
た、カット角θ=−10°のとき、φ=30°付近でβ
の絶対値は最小値を示す。例えば、φ=28°、θ=−
10°で、α=0となり、その時のβは−1.16×1
0-8/℃2 とその絶対値は音叉型屈曲水晶振動子の約1
/3倍と相当に小さい値が得られた。特に、φ=0°〜
30°、θ=0°〜−10°で、βの絶対値は|β|<
3.0×10-8/℃2と優れた周波数温度特性を有する
捩り水晶振動子が得られる。
【0008】図3は本発明の捩り水晶振動子のカット角
φ=30°、θ=0°のときの周波数温度特性の一例を
示す。α=0となるときの二次温度係数βは−1.01
×10-8/℃2 と屈曲振動子の−3.5×10-8/℃2
よりその絶対値は1/3倍以下と本振動子はより優れた
周波数温度特性を示すことがよく理解できる。図4は本
発明の捩り水晶振動子のカット角φ=28°、θ=−1
0°のときの周波数温度特性の他の例を示す。実線は本
振動子で破線は屈曲モードでの周波数温度特性である。
既に図3で述べたと同様に、本発明の捩り水晶振動子は
周波数温度特性に優れていることがよく分かる。
φ=30°、θ=0°のときの周波数温度特性の一例を
示す。α=0となるときの二次温度係数βは−1.01
×10-8/℃2 と屈曲振動子の−3.5×10-8/℃2
よりその絶対値は1/3倍以下と本振動子はより優れた
周波数温度特性を示すことがよく理解できる。図4は本
発明の捩り水晶振動子のカット角φ=28°、θ=−1
0°のときの周波数温度特性の他の例を示す。実線は本
振動子で破線は屈曲モードでの周波数温度特性である。
既に図3で述べたと同様に、本発明の捩り水晶振動子は
周波数温度特性に優れていることがよく分かる。
【0009】図5は本発明のカット角(φ、θ)を有す
る水晶板から形成される音叉型捩り水晶振動子1'
(a)とその電極構成の断面図(b)と上面図(c)を
示す。端子A,Bは電極端子を示し、端子Aは電極2,
5,7,8に接続され、一方、端子Bは電極3,4,
6,9に接続されている。又、本捩り振動子の圧電効率
を高めるために、電極2と電極3及び電極6と電極7は
音叉腕10の長さ方向に対して傾斜角ψを有している。
る水晶板から形成される音叉型捩り水晶振動子1'
(a)とその電極構成の断面図(b)と上面図(c)を
示す。端子A,Bは電極端子を示し、端子Aは電極2,
5,7,8に接続され、一方、端子Bは電極3,4,
6,9に接続されている。又、本捩り振動子の圧電効率
を高めるために、電極2と電極3及び電極6と電極7は
音叉腕10の長さ方向に対して傾斜角ψを有している。
【0010】このψの値は本発明の捩り水晶振動子1を
励振する圧電定数e16の値によって決まる。以下、ψの
値をどの程度にすればよいか説明する。今、θ=0のと
き、e16=0となり、本振動子を励振することはできな
い。しかし、θを更に大きくすると、e16の絶対値は徐
々に大きくなり、θ=−30°で最大値を示す。このこ
とから、傾斜角ψとカット角θとの関係が求められる。
即ち、ψ=−30°−θ(θ≦0)を満足するように、
励振電極を配置すれば最も効率よく振動子を励振でき、
等価直列抵抗R1 が小さくなる。
励振する圧電定数e16の値によって決まる。以下、ψの
値をどの程度にすればよいか説明する。今、θ=0のと
き、e16=0となり、本振動子を励振することはできな
い。しかし、θを更に大きくすると、e16の絶対値は徐
々に大きくなり、θ=−30°で最大値を示す。このこ
とから、傾斜角ψとカット角θとの関係が求められる。
即ち、ψ=−30°−θ(θ≦0)を満足するように、
励振電極を配置すれば最も効率よく振動子を励振でき、
等価直列抵抗R1 が小さくなる。
【0011】θ=0のとき、勿論ψが−30°以下の−
20°、−10°でも励振できることは言うまでもな
い。又、上面図(c)には図示されていないが、電極
4,5と電極8,9も傾斜角ψを有している。次に、振
動子を小型化にできる理由について述べる。本発明の音
叉型捩り水晶振動子のカット角φ=0°〜30°、θ=
0°〜−10°では、周波数定数(f・y0 )が80k
Hz・cm前後と辺比(幅/長さ)0.1をもつ基本波で
の音叉型屈曲水晶振動子の7.9kHz・cmより大き
く、縦水晶振動子の270kHz・cmより小さく、屈曲
振動と縦振動の間に有り、本発明の音叉型捩り水晶振動
子は周波数が200kHz〜600kHz位の範囲で特に力
を発揮することになる。
20°、−10°でも励振できることは言うまでもな
い。又、上面図(c)には図示されていないが、電極
4,5と電極8,9も傾斜角ψを有している。次に、振
動子を小型化にできる理由について述べる。本発明の音
叉型捩り水晶振動子のカット角φ=0°〜30°、θ=
0°〜−10°では、周波数定数(f・y0 )が80k
Hz・cm前後と辺比(幅/長さ)0.1をもつ基本波で
の音叉型屈曲水晶振動子の7.9kHz・cmより大き
く、縦水晶振動子の270kHz・cmより小さく、屈曲
振動と縦振動の間に有り、本発明の音叉型捩り水晶振動
子は周波数が200kHz〜600kHz位の範囲で特に力
を発揮することになる。
【0012】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の捩り水晶振
動子は、以下の著しい効果を有する。 (1)カット角φ=0°〜30°、θ°〜−10°と辺
比Rzx=0.7〜1.1の組み合わせにより、一次温
度係数αが零となるので、優れた周波数温度特性を示
す。 (2)特に、二次温度係数βが音叉型屈曲水晶振動子の
約1/3倍になるカット角(φ,θ)と辺比Rzxが存
在するので、温度に対する周波数変化が屈曲振動子や縦
振動子より小さくなる。 (3)本発明の捩り水晶振動子は、化学的エッチング法
によって容易に形成できるので、小型化、薄型化ができ
る。同時に、耐衝撃性に優れた超小型の振動子が得られ
る。 (4)一枚の水晶ウエハ上に多数個の振動子を一度にバ
ッチ処理できるので、低廉化が可能である。 (5)周波数定数が基本波の音叉型屈曲水晶振動子と縦
水晶振動子の間にあるので、周波数が200kHz〜60
0kHzで特に力を発揮する。 (6)表裏面に配置される電極を音叉腕の方向に対して
傾斜角ψを設けることにより、電界効率を高めることが
できるので、等価直列抵抗R1 の小さい、Q値の高い捩
り水晶振動子が得られる。 (7)本発明の捩り水晶振動子は、音叉形状に加工され
るので、リード線等の支持による振動エネルギー損失が
小さくなり、R1 の小さい、耐衝撃性に優れた捩り水晶
振動子が得られる。
動子は、以下の著しい効果を有する。 (1)カット角φ=0°〜30°、θ°〜−10°と辺
比Rzx=0.7〜1.1の組み合わせにより、一次温
度係数αが零となるので、優れた周波数温度特性を示
す。 (2)特に、二次温度係数βが音叉型屈曲水晶振動子の
約1/3倍になるカット角(φ,θ)と辺比Rzxが存
在するので、温度に対する周波数変化が屈曲振動子や縦
振動子より小さくなる。 (3)本発明の捩り水晶振動子は、化学的エッチング法
によって容易に形成できるので、小型化、薄型化ができ
る。同時に、耐衝撃性に優れた超小型の振動子が得られ
る。 (4)一枚の水晶ウエハ上に多数個の振動子を一度にバ
ッチ処理できるので、低廉化が可能である。 (5)周波数定数が基本波の音叉型屈曲水晶振動子と縦
水晶振動子の間にあるので、周波数が200kHz〜60
0kHzで特に力を発揮する。 (6)表裏面に配置される電極を音叉腕の方向に対して
傾斜角ψを設けることにより、電界効率を高めることが
できるので、等価直列抵抗R1 の小さい、Q値の高い捩
り水晶振動子が得られる。 (7)本発明の捩り水晶振動子は、音叉形状に加工され
るので、リード線等の支持による振動エネルギー損失が
小さくなり、R1 の小さい、耐衝撃性に優れた捩り水晶
振動子が得られる。
【図1】本発明の捩り水晶振動子とその座標系である。
【図2】本発明の捩り水晶振動子の一次温度係数αが零
になるときのカット角(φ,θ)と辺比Rzxとの関係
(a)とその時の二次温度係数βの値(b)である。
になるときのカット角(φ,θ)と辺比Rzxとの関係
(a)とその時の二次温度係数βの値(b)である。
【図3】本発明の捩り水晶振動子の周波数温度特性の一
例を示す。
例を示す。
【図4】本発明の捩り水晶振動子の周波数温度特性の他
の例を示す。
の例を示す。
【図5】本発明のカット角(φ,θ)を有する水晶板か
ら形成される音叉型捩り水晶振動子(a)とその電極構
成の断面図(b)と上面図(c)を示す。
ら形成される音叉型捩り水晶振動子(a)とその電極構
成の断面図(b)と上面図(c)を示す。
1 捩り水晶振動子 1' 音叉型捩り水晶振動子 2〜9 励振電極 10 音叉腕 A,B 電極端子 x0 振動部の幅 y0 長さ z0 厚み φ,θ カット角 ψ 角度 x 電気軸 y 機械軸 z 光軸
Claims (2)
- 【請求項1】 捩り振動モードで振動する水晶振動子
で、該振動子の長さy0 、幅x0 と厚みz0 方向を各々
y軸(機械軸)、x軸(電気軸)とz軸(光軸)に一致
させ、x軸を回転軸として、角度φ=0°〜30°回転
し、更にz軸の新軸z' 軸の回りに角度θ=0°〜−1
0°回転して成ることを特徴とする捩り水晶振動子。 - 【請求項2】 特許請求項1の振動子において、振動子
の厚みz0 と幅x0 の比Rzx(z0 /x0 )を0.1
から1.5にしたことを特徴とする捩り水晶振動子。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24983891A JPH0590877A (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 捩り水晶振動子 |
EP19920304806 EP0516400B1 (en) | 1991-05-27 | 1992-05-27 | Torsional quartz crystal resonator |
DE1992621215 DE69221215T2 (de) | 1991-05-27 | 1992-05-27 | Drehschwingender Quarzkristallresonator |
US08/110,628 US5334900A (en) | 1990-12-19 | 1993-08-23 | Torsional quartz crystal resonator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24983891A JPH0590877A (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 捩り水晶振動子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0590877A true JPH0590877A (ja) | 1993-04-09 |
Family
ID=17198939
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24983891A Pending JPH0590877A (ja) | 1990-12-19 | 1991-09-27 | 捩り水晶振動子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0590877A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US12113502B2 (en) * | 2020-04-15 | 2024-10-08 | Seiko Epson Corporation | Method of manufacturing quartz crystal element |
-
1991
- 1991-09-27 JP JP24983891A patent/JPH0590877A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US12113502B2 (en) * | 2020-04-15 | 2024-10-08 | Seiko Epson Corporation | Method of manufacturing quartz crystal element |
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