JP2003229721A - Quartz-crystal oscillator - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a quartz-crystal oscillator, equipped with a flexural crystal resonator the output signal of which is low in a equivalent series resistance R<SB>1</SB>at the frequency of fundamental wave mode vibration and which is high in quality factor (Q-value) and has a very small tuning fork like shape. <P>SOLUTION: This quartz-crystal oscillator is equipped with the flexural quartz resonator having tuning fork arms and a tuning fork base part, grooves formed on the upper and lower surfaces of the tuning fork arms or tuning fork arms and base part, and electrodes disposed to the side face sections of the grooves. The equivalent series resistance R<SB>1</SB>of the resonator at the frequency of fundamental wave mode vibration is smaller than that R<SB>2</SB>at the frequency of second harmonic mode vibrations. In addition, the output signal of the resonator has a fundamental wave mode frequency, depending upon the relationship between the amplification factor of an amplifier circuit and the feedback rate of a feedback circuit. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は屈曲モードで振動す
る音叉腕と音叉基部から成る音叉形状の水晶振動子と増
幅器とコンデンサーと抵抗から構成される水晶発振器に
関する。特に、小型化、高精度化、耐衝撃性、低廉化の
要求の強い情報通信機器用の基準信号源として最適な水
晶発振器で、新形状、新電極構成及び最適寸法を有する
超小型の音叉形状の屈曲水晶振動子から構成され、基本
波モード振動の周波数が出力信号である水晶発振器に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a crystal oscillator having a tuning-fork-shaped crystal oscillator including a tuning fork arm vibrating in a bending mode and a tuning fork base, an amplifier, a capacitor and a resistor. In particular, a crystal oscillator best suited as a reference signal source for information and communication equipment that is strongly required to be compact, highly accurate, shock resistant, and inexpensive, and has a new shape, new electrode configuration, and ultra-compact tuning fork shape with optimal dimensions. The present invention relates to a crystal oscillator, which is composed of a bent crystal oscillator, and whose output signal is the frequency of fundamental mode vibration.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来の水晶発振器は増幅器とコンデンサ
ーと抵抗と音叉腕の上下面と側面に電極が配置された音
叉型屈曲水晶振動子から成る水晶発振器がよく知られて
いる。図９には、この従来例の発振器に用いられている
音叉形状の屈曲水晶振動子２００の概観図を示す。図９
において水晶振動子２００は２本の音叉腕２０１，２０
２と音叉基部２３０とを具えている。図１０には図９の
音叉腕の断面図を示す。図１０に示すように、励振電極
は音叉腕の上下面と側面に配置されている。音叉腕の断
面形状は一般的には長方形をしている。一方の音叉腕の
断面の上面には電極２０３が下面には電極２０４が配置
されている。側面には電極２０５と２０６が設けられて
いる。他方の音叉腕の上面には電極２０７が下面には電
極２０８が、更に側面には電極２０９，２１０が配置さ
れ２電極端子Ｈ−Ｈ′構造を成している。今、Ｈ−Ｈ′
間に直流電圧を印加すると電界は矢印方向に働く。その
結果、一方の音叉腕が内側に曲がると他方の音叉腕も内
側に曲がる。この理由は、ｘ軸方向の電界成分Ｅｘが各
音叉腕の内部で方向が反対になるためである。交番電圧
を印加することにより振動を持続することができる。
又、特開昭５６−６５５１７と特開２０００−２２３９
９２（Ｐ２０００−２２３９９２Ａ）では、音叉腕に溝
を設け、且つ、電極構成について開示されている。2. Description of the Related Art As a conventional crystal oscillator, there is well known a crystal oscillator including an amplifier, a capacitor, a resistor, and a tuning fork type bent crystal oscillator in which electrodes are arranged on upper and lower surfaces and side surfaces of a tuning fork arm. FIG. 9 is a schematic view of a tuning fork-shaped bent crystal unit 200 used in this conventional oscillator. Figure 9
In the crystal unit 200, the two tuning fork arms 201, 20
2 and a tuning fork base 230. FIG. 10 shows a sectional view of the tuning fork arm of FIG. As shown in FIG. 10, the excitation electrodes are arranged on the upper and lower surfaces and side surfaces of the tuning fork arm. The cross-sectional shape of the tuning fork arm is generally rectangular. An electrode 203 is arranged on the upper surface and an electrode 204 is arranged on the lower surface of the cross section of one tuning fork arm. Electrodes 205 and 206 are provided on the side surface. The electrode 207 is arranged on the upper surface of the other tuning fork arm, the electrode 208 is arranged on the lower surface, and the electrodes 209 and 210 are arranged on the side surfaces to form a two-electrode terminal H-H 'structure. H-H 'now
When a DC voltage is applied between them, the electric field works in the direction of the arrow. As a result, when one tuning fork arm bends inward, the other tuning fork arm also bends inward. The reason is that the electric field components Ex in the x-axis direction are opposite in direction inside each tuning fork arm. Vibration can be sustained by applying an alternating voltage.
Also, JP-A-56-65517 and JP-A-2000-2239
92 (P2000-223992A) discloses a groove on the tuning fork arm and an electrode configuration.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】音叉型屈曲水晶振動子
では、電界成分Ｅｘが大きいほど損失等価直列抵抗Ｒ_１
が小さくなり、品質係数Ｑ値が大きくなる。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、
図１０で示したように、各音叉腕の上下面と側面の４面
に電極を配置している。そのために電界が直線的に働か
ず、かかる音叉型屈曲水晶振動子を小型化させると、電
界成分Ｅｘが小さくなってしまい、損失等価直列抵抗Ｒ
_１が大きくなり、品質係数Ｑ値が小さくなるなどの課題
が残されていた。又、前記課題を解決する方法として、
例えば、特開昭５６−６５５１７では音叉腕に溝を設
け、且つ、溝の構成と電極構成について開示している。
しかしながら、溝の構成、寸法と振動モード並びに基本
波モード振動での等価直列抵抗Ｒ_１と２次高調波モード
振動での等価直列抵抗Ｒ_２との関係及びフィガーオブメ
リットＭについては全く開示されていない。と同時に、
前記溝を設けた振動子を従来の回路に接続し、水晶発振
回路を構成すると、基本波振動モードの出力信号が衝撃
や振動などの影響で出力信号が２次高調波振動の周波数
に変化、検出される等の問題が発生していた。このよう
なことから、衝撃や振動などの影響を受けない２次高調
波振動を抑えた基本波振動モードで振動する音叉形状の
屈曲水晶振動子を具えた水晶発振器が所望されていた。
と同時に、水晶発振器の消費電流を低減するために、負
荷容量Ｃ_Ｌを小さくしても基本波モードで、屈曲振動す
る超小型で、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい、品質係数Ｑ値
が高くなるような新形状で、電気機械変換効率の良い溝
の構成と電極構成を有する音叉形状の水晶振動子を具え
た水晶発振器が所望されていた。In the tuning fork type bent crystal resonator, the loss equivalent series resistance R ₁ increases as the electric field component Ex increases.
Becomes smaller and the quality factor Q value becomes larger. However, the tuning fork type bent crystal unit used conventionally is
As shown in FIG. 10, electrodes are arranged on the upper and lower surfaces and side surfaces of each tuning fork arm. Therefore, the electric field does not work linearly, and when the tuning fork type bent crystal oscillator is downsized, the electric field component Ex becomes small and the loss equivalent series resistance R
However, the problem remains that the value of ₁ becomes large and the quality factor Q value becomes small. Further, as a method for solving the above problems,
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-65517 discloses a groove on the tuning fork arm, and discloses a groove structure and an electrode structure.
However, the configuration of the groove, not disclose the relationship and Figa of merit M of the equivalent series resistance R ₂ of the equivalent series resistance R ₁ of the second harmonic mode vibration in the vibration mode and fundamental mode vibration and dimension Absent. At the same time
When the crystal oscillator circuit is configured by connecting the oscillator provided with the groove to a conventional circuit, the output signal of the fundamental vibration mode changes to the frequency of the second harmonic vibration due to the influence of shock or vibration, There were problems such as being detected. For this reason, there has been a demand for a crystal oscillator having a tuning fork-shaped bent crystal oscillator that vibrates in a fundamental vibration mode in which second-order harmonic vibration that is not affected by shock or vibration is suppressed.
At the same time, in order to reduce the current consumption of the crystal oscillator, even if the load capacitance C _L is reduced, it is a microminiature that causes bending vibration in the fundamental wave mode, has a small equivalent series resistance R ₁ , and has a high quality factor Q value. A crystal oscillator having such a new shape and a tuning fork-shaped crystal resonator having a groove structure and an electrode structure having a high electromechanical conversion efficiency has been desired.

【０００４】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は、以下の方法で
従来の課題を有利に解決した屈曲モードで振動する音叉
形状の水晶振動子を具えた水晶発振器を提供することを
目的とするものである。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a crystal oscillator having a tuning-fork-shaped crystal resonator that vibrates in a bending mode, which advantageously solves the conventional problems by the following method. Is.

【０００５】即ち、本発明の水晶発振器の第１の態様
は、水晶振動子と増幅器とコンデンサーと抵抗とを具え
て構成される水晶発振器において、前記水晶振動子は屈
曲モードで振動する音叉腕と音叉基部から成る音叉形状
の水晶振動子で構成され、前記増幅器はＰチャンネルＭ
ＯＳとＮチャンネルＭＯＳから成るＣＭＯＳインバータ
で構成され、前記音叉形状の音叉腕の中立線を挟んだ幅
方向中央部の上下面に各々少なくとも１個の溝が長さ方
向に設けられ、前記溝の両側面に電極が配置され、前記
溝側面の電極とその電極に対抗する音叉腕側面の電極と
が互いに異極となるように電極を構成し、音叉腕に生ず
る２次慣性モーメントが大きくなるように前記各々少な
くとも１個の溝の内少なくとも１個の溝幅Ｗ_２と音叉腕
幅Ｗとの比（Ｗ_２／Ｗ）が０．３５〜０．９５で、さら
に前記溝の厚みｔ_１と音叉腕の厚みｔとの比（ｔ_１／
ｔ）が０．０１〜０．７９となるように溝が形成され、
前記音叉形状の屈曲水晶振動子は表面実装型あるいは円
筒型のユニットに収納されていて、前記音叉形状の振動
子の基本波モード振動の等価直列抵抗Ｒ_１が２次高調波
モード振動の等価直列抵抗Ｒ_２より小さく、かつ、基本
波モード振動のフイガーオブメリットＭ_１が２次高調波
モード振動のフイガーオブメリットＭ_２より大きい振動
子を具えて前記水晶発振器は構成されると共に、増幅回
路と帰還回路を具えて構成される前記水晶発振器の増幅
回路の基本波モード振動の増幅率α_１と２次高調波モー
ド振動の増幅率α_２との比が帰還回路の２次高調波モー
ド振動の帰還率β_２と基本波モード振動の帰還率β_１と
の比より大きく、かつ、前記基本波モード振動の増幅率
α_１と前記基本波モード振動の帰還率β_１の積が１より
大きくなるように前記水晶発振器は構成され、前記音叉
形状の振動子から成る前記水晶発振器の出力信号が基本
波モード振動の周波数で出力される水晶発振器である。That is, the first aspect of the crystal oscillator of the present invention is a crystal oscillator comprising a crystal oscillator, an amplifier, a capacitor and a resistor, wherein the crystal oscillator is a tuning fork arm that vibrates in a bending mode. The amplifier is composed of a tuning fork-shaped crystal unit having a tuning fork base, and the amplifier is a P channel M
At least one groove is provided in the length direction on the upper and lower surfaces of the central portion in the width direction sandwiching the neutral line of the tuning fork arm, which is composed of a CMOS inverter composed of an OS and an N channel MOS. Electrodes are arranged on both side surfaces, and the electrodes on the side surfaces of the groove and the electrodes on the side surfaces of the tuning fork arm that oppose the electrodes are configured to have different polarities so that the secondary moment of inertia generated in the tuning fork arm becomes large. wherein each at least one of the ratio of the at least one groove width _{W 2} and the tuning fork arm width W of the grooves _(W 2 / W) is from 0.35 to 0.95, the thickness _{t 1} of further said grooves to Ratio of tuning fork arm thickness to t (t ₁ /
a groove is formed so that t) is 0.01 to 0.79,
The bending crystal unit having the tuning fork shape is housed in a surface mount type or cylindrical unit, and the equivalent series resistance R ₁ of the fundamental mode vibration of the tuning fork type resonator is equivalent to the second series harmonic mode vibration. smaller than the resistance R _2, and, together with the said crystal oscillator off Iga of merit M ₁ of the fundamental wave mode vibrations comprises a full Iga of merit M ₂ is larger than transducers of the second harmonic mode vibration constructed, amplified second harmonic mode ratio feedback circuit between the amplification factor alpha ₂ of the amplification factor of the fundamental wave mode oscillation of the amplifier circuit of the crystal oscillator constituted comprising a circuit and a feedback circuit alpha ₁ and second harmonic mode vibration It is larger than the ratio of the feedback rate β ₂ of the vibration and the feedback rate β ₁ of the fundamental mode vibration, and the product of the amplification rate α ₁ of the fundamental mode vibration and the feedback rate β ₁ of the fundamental mode vibration is 1 or more. To grow The crystal oscillator is configured such that the output signal of the crystal oscillator including the tuning-fork-shaped vibrator is output at the frequency of fundamental mode vibration.

【０００６】本発明の水晶発振器の第２の態様は、音叉
腕の間隔Ｗ_４が０．０５ｍｍ〜０．３５ｍｍに成るよう
に間隔を構成し、帰還回路の負荷容量Ｃ_Ｌが７ｐＦより
小さく、前記音叉腕又は前記音叉腕と前記音叉基部に設
けられた溝の長さｌ_１と前記音叉形状の水晶振動子の全
長ｌとの比（ｌ_１／ｌ）が０．２〜０．７８の範囲内に
有り、かつ、増幅回路の基本波モード振動の負性抵抗の
絶対値｜−ＲＬ_１｜と基本波モード振動の等価直列抵抗
Ｒ_１との比が増幅回路の２次高調波モード振動の負性抵
抗の絶対値｜−ＲＬ_２｜と２次高調波モード振動の等価
直列抵抗Ｒ_２との比より大きくなるように発振器が構成
されている第１の態様に記載の水晶発振器である。According to a second aspect of the crystal oscillator of the present invention, the distance W ₄ between the tuning fork arms is arranged to be 0.05 mm to 0.35 mm, and the load capacitance C _L of the feedback circuit is smaller than 7 pF. The ratio (l ₁ / l) of the length l _{1 of the} tuning fork arm or the groove provided in the tuning fork arm and the tuning fork base to the total length l of the tuning fork-shaped crystal unit is 0.2 to 0.78. Within the range, the ratio between the absolute value of the negative resistance | -RL ₁ | of the fundamental wave mode vibration of the amplifier circuit and the equivalent series resistance R ₁ of the fundamental wave mode vibration is the second harmonic mode vibration of the amplifier circuit. The crystal oscillator according to the first aspect, wherein the oscillator is configured so as to be larger than the ratio of the absolute value of the negative resistance | -RL ₂ | of the above and the equivalent series resistance R ₂ of the _second harmonic mode vibration. .

【０００７】[0007]

【作用】このように、本発明は屈曲モードで振動する音
叉形状の水晶振動子を具えた水晶発振器で、しかも、音
叉形状の溝と電極の構成を改善し、増幅回路と帰還回路
との関係を示すことにより、２次高調波振動を抑え、基
本波振動モードで振動する周波数を出力する水晶発振器
を得る事ができる。As described above, the present invention is a crystal oscillator having a tuning-fork-shaped crystal unit that vibrates in a bending mode, and further, the structure of the tuning-fork-shaped groove and the electrode is improved, and the relationship between the amplifier circuit and the feedback circuit is improved. By indicating, it is possible to obtain a crystal oscillator that suppresses the second harmonic vibration and outputs a frequency that vibrates in the fundamental vibration mode.

【０００８】加えて、音叉腕の中立線を挟んだ中央部に
溝を設け、且つ、電極を配置し、溝の寸法の最適化を図
る事により、等価直列抵抗Ｒ_１が小さく、Ｑ値が高く、
電気機械変換効率の良い屈曲モードで振動する超小型の
音叉形状の屈曲水晶振動子が得られる。と同時に、帰還
回路の負荷容量を小さくできる。その結果、消費電流の
少ない水晶発振器が得られる。In addition, the equivalent series resistance R ₁ is small and the Q value is small by providing a groove in the center of the neutral line of the tuning fork arm and arranging electrodes to optimize the dimension of the groove. high,
An ultra-small tuning fork-shaped bent crystal oscillator that vibrates in a bending mode with high electromechanical conversion efficiency can be obtained. At the same time, the load capacitance of the feedback circuit can be reduced. As a result, a crystal oscillator with low current consumption can be obtained.

【０００９】[0009]

【本発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に
基づき具体的に述べる。図１は本発明の水晶発振器を構
成する水晶発振回路図の一実施例である。水晶発振回路
１は増幅器（ＣＭＯＳインバータ）２、帰還抵抗４、ド
レイン抵抗７、コンデンサー５，６と音叉形状の屈曲水
晶振動子３から構成されている。このような回路素子か
ら本実施例の水晶発振回路は構成されている。即ち、水
晶発振器を構成する水晶発振回路１は増幅回路８と帰還
回路９から構成されている。又、本発明の水晶発振器に
用いられる屈曲モードで振動する音叉形状の水晶振動子
は図３から図６で詳述される。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an embodiment of a crystal oscillation circuit diagram constituting a crystal oscillator of the present invention. The crystal oscillation circuit 1 is composed of an amplifier (CMOS inverter) 2, a feedback resistor 4, a drain resistor 7, capacitors 5, 6 and a tuning fork-shaped bent crystal oscillator 3. The crystal oscillating circuit of this embodiment is composed of such circuit elements. That is, the crystal oscillation circuit 1 that constitutes the crystal oscillator is composed of the amplifier circuit 8 and the feedback circuit 9. Further, the tuning fork-shaped crystal oscillator that vibrates in the bending mode used in the crystal oscillator of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

【００１０】図２は図１の帰還回路図を示す。今、屈曲
モードで振動する音叉形状の水晶振動子の角周波数をω
_ｉ、ドレイン抵抗７の抵抗をＲ_ｄ、コンデンサー５、６
の容量をＣ_ｇ、Ｃ_ｄ、水晶のクリスタルインピーダンス
をＲ_ｅｉ，入力電圧をＶ_１，出力電圧をＶ_２とすると、
帰還率βはβ＝｜Ｖ_２｜／｜Ｖ_１｜で定義される。但
し、ｉは屈曲振動モードの振動次数を表し、例えば、ｉ
＝１のとき、基本波モード振動、ｉ＝２のとき、２次高
調波モード振動、ｉ＝３のとき、３次高調波モード振動
である。更に、負荷容量Ｃ_ＬはＣ_Ｌ＝Ｃ_ｇＣ_ｄ／（Ｃ_ｇ
＋Ｃ_ｄ）で与えられ、Ｃ_ｇ＝Ｃ_ｄ＝Ｃ_ｇｓとＲｄ＞＞Ｒ
_ｅｉとすると、帰還率βはβ＝１／（１＋ｋＣ_Ｌ ^２）で
与えられる。但し、ｋはω_ｉ、Ｒ_ｄ、Ｒ_ｅｉの関数で表
される。又、Ｒ_ｅｉは近似的に等価直列抵抗Ｒ_ｉに等し
くなる。FIG. 2 shows the feedback circuit diagram of FIG. The angular frequency of a tuning fork-shaped crystal unit that vibrates in the bending mode is now ω
_i , the resistance of the drain resistance 7 is R _d , and the capacitors 5 and 6 are
_Let C _{g be} the capacitance of C _d , C _{d be} the crystal impedance of the crystal be R _ei , be the input voltage be V ₁ and be the output voltage be V ₂ .
The feedback rate β is defined by β = | V ₂ | / | V ₁ |. However, i represents the vibration order of the bending vibration mode, for example, i
= 1, fundamental mode vibration, i = 2, second harmonic mode vibration, i = 3, third harmonic mode vibration. Further, the load capacitance C _L is C _L = C _g C _d / (C _g
+ C _d ), C _g = C _d = C _gs and Rd >> R
_{If ei} , the feedback rate β is given by β = 1 / (1 + kC _L ² ). However, k is represented by a function of ω _i , R _d , and R _ei . Also, R _ei is approximately equal to the equivalent series resistance R _i .

【００１１】このように、帰還率βと負荷容量Ｃ_Ｌの関
係から明らかなように、負荷容量Ｃ_Ｌが小さくなると、
基本波振動モードと高調波振動モードの共振周波数の帰
還率はそれぞれ大きくなることが良く分かる。それ故、
負荷容量Ｃ_Ｌが小さくなると、基本波モード振動よりも
２次高調波モード振動の方が発振し易くなる。その理由
は２次高調波モード振動の最大振動振幅が基本波モード
振動の最大振動振幅より小さいために、発振持続条件で
ある振幅条件と位相条件を同時に満足するためである。Thus, as is clear from the relationship between the feedback ratio β and the load capacitance C _L , when the load capacitance C _L becomes smaller,
It can be clearly seen that the feedback ratios of the resonant frequencies of the fundamental vibration mode and the harmonic vibration mode increase. Therefore,
When the load capacitance C _L becomes smaller, the second harmonic mode vibration becomes easier to oscillate than the fundamental wave mode vibration. The reason is that the maximum vibration amplitude of the second harmonic mode vibration is smaller than the maximum vibration amplitude of the fundamental wave mode vibration, so that the amplitude condition and the phase condition, which are oscillation continuation conditions, are satisfied at the same time.

【００１２】本発明の水晶発振器は、消費電流が少な
く、しかも、出力周波数が基本波振動モードの周波数で
ある水晶発振器を提供することを目的としている。それ
故、消費電流を少なくするために、負荷容量Ｃ_Ｌは７ｐ
Ｆ以下を用いる。より消費電流を少なくするには、消費
電流は負荷容量に比例するので、Ｃ_Ｌ＝６ｐＦ以下が好
ましい。ここで言う、容量Ｃ_ｇ、Ｃ_ｄは回路の浮遊容量
を含んだ数値である。また、２次高調波モードの振動を
抑え、発振器の出力信号が基本波モード振動の周波数を
得るために、α_１／α_２＞β_２／β_１とα_１β_１＞１を
満足するように本実施例の発振回路は構成される。但
し、α_１、α_２は基本波モード振動と２次高調波モード
振動の増幅回路の増幅率で、β_１、β_２は基本波モード
振動と２次高調波モード振動の帰還回路の帰還率であ
る。An object of the crystal oscillator of the present invention is to provide a crystal oscillator which consumes less current and has an output frequency in the fundamental vibration mode. Therefore, in order to reduce the current consumption, the load capacitance C _L is 7p.
Use F or less. In order to further reduce the consumption current, the consumption current is proportional to the load capacitance, so that C _L = 6 pF or less is preferable. The capacitances C _g and C _{d mentioned} here are numerical values including the stray capacitance of the circuit. Further, in order to suppress the vibration of the second harmonic mode and the oscillator output signal obtains the frequency of the fundamental mode vibration, it is necessary to satisfy α ₁ / α ₂ > β ₂ / β ₁ and α ₁ β ₁ > 1. The oscillator circuit of this embodiment is constructed. Where α ₁ and α ₂ are the amplification factors of the amplification circuit for fundamental mode vibration and second harmonic mode vibration, and β ₁ and β ₂ are the feedback factors of the feedback circuit for fundamental mode vibration and second harmonic mode vibration. Is.

【００１３】換言するならば、増幅回路の基本波モード
振動の増幅率α_１と２次高調波モード振動の増幅率α_２
との比が帰還回路の２次高調波モード振動の帰還率β_２
と基本波モード振動の帰還率β_１との比より大きく、か
つ、基本波モード振動の増幅率α_１と基本波モード振動
の帰還率β_１の積が１より大きくなるように構成され
る。このように構成することにより、消費電流の少な
い、出力信号が基本波モード振動の周波数である水晶発
振器が実現できる。In other words, the amplification factor α ₁ of the fundamental mode vibration and the amplification factor α _{2 of the second} harmonic mode vibration of the amplifier circuit.
Is the feedback ratio β ₂ of the second harmonic mode vibration of the feedback circuit
And a feedback ratio β ₁ of the fundamental wave mode vibration, and a product of an amplification factor α ₁ of the fundamental wave mode vibration and a feedback factor β ₁ of the fundamental wave mode vibration is larger than 1. With this configuration, it is possible to realize a crystal oscillator that consumes less current and has an output signal at the frequency of fundamental mode vibration.

【００１４】又、本実施例の水晶発振回路を構成する増
幅回路の増幅部は負性抵抗−ＲＬ_ｉでその特性を示すこ
とができる。ｉ＝１のとき基本波モード振動の負性抵抗
で、ｉ＝２のとき２次高調波モード振動の負性抵抗であ
る。本実施例の水晶発振器は、増幅回路の基本波モード
振動の負性抵抗の絶対値｜−ＲＬ_１｜と基本波モード振
動の等価直列抵抗Ｒ_１との比が増幅回路の２次高調波モ
ード振動の負性抵抗の絶対値｜−ＲＬ_２｜と２次高調波
モード振動の等価直列抵抗Ｒ_２との比より大きくなるよ
うに発振回路が構成されている。即ち、｜−ＲＬ_１｜／
Ｒ_１＞｜−ＲＬ_２｜／Ｒ_２を満足するように構成されて
いる。このように水晶発振回路を構成することにより、
２次高調波モード振動の発振起動が抑えられ、その結
果、基本波モード振動の発振起動が得られるので基本波
モード振動の周波数が出力信号として得られる。Further, the amplifying portion of the amplifying circuit which constitutes the crystal oscillating circuit of this embodiment can exhibit its characteristic by the negative resistance -RL _i . When i = 1, it is a negative resistance of fundamental mode vibration, and when i = 2, it is a negative resistance of second harmonic mode vibration. In the crystal oscillator of this embodiment, the ratio between the absolute value of negative resistance | -RL ₁ | of the fundamental mode vibration of the amplifier circuit and the equivalent series resistance R ₁ of the fundamental mode vibration is the second harmonic mode of the amplifier circuit. negative absolute value of the resistance of the vibration | -RL 2 _| and the second harmonic mode vibration oscillator to be greater than the ratio of the equivalent series resistance R ₂ is configured. That is, | -RL ₁ | /
It is configured to satisfy R ₁ > | −RL ₂ | / R ₂ . By configuring the crystal oscillator circuit in this way,
The oscillation start of the second harmonic mode vibration is suppressed, and as a result, the oscillation start of the fundamental wave mode vibration is obtained, so that the frequency of the fundamental wave mode vibration is obtained as an output signal.

【００１５】図３は本発明の第１実施例の水晶発振器に
用いられる屈曲モードで振動する音叉形状の水晶振動子
１０の外観図とその座標系を示すものである。座標系
Ｏ、電気軸ｘ、機械軸ｙ、光軸ｚからなるＯ−ｘｙｚを
構成している。本実施例の音叉形状の屈曲水晶振動子１
０は音叉腕２０、音叉腕２６と音叉基部４０とから成
り、音叉腕２０と音叉腕２６は音叉基部４０に接続され
ている。更に、音叉腕２０の上面には中立線を挟んで溝
２１が設けられ、又、音叉腕２６の上面にも音叉腕２０
と同様に溝２７が設けられるとともに、さらに、音叉基
部４０に溝３２と溝３６とが設けられている。なお、角
度θは、ｘ軸廻りの回転角であり、通常０〜１０°の範
囲で選ばれる。FIG. 3 shows an external view of a tuning fork-shaped crystal resonator 10 vibrating in a bending mode used in the crystal oscillator of the first embodiment of the present invention and its coordinate system. The coordinate system O, the electric axis x, the mechanical axis y, and the optical axis z constitute O-xyz. Tuning fork-shaped bent crystal unit 1 of the present embodiment
Reference numeral 0 includes a tuning fork arm 20, a tuning fork arm 26, and a tuning fork base portion 40, and the tuning fork arm 20 and the tuning fork arm 26 are connected to the tuning fork base portion 40. Further, a groove 21 is provided on the upper surface of the tuning fork arm 20 so as to sandwich the neutral line, and also on the upper surface of the tuning fork arm 26.
Similarly to the above, the groove 27 is provided, and further, the tuning fork base portion 40 is provided with the groove 32 and the groove 36. The angle θ is a rotation angle around the x-axis and is usually selected in the range of 0 to 10 °.

【００１６】図４は、図３の音叉形状の屈曲水晶振動子
１０の音叉基部４０のＤ−Ｄ′断面図を示す。図４では
図３の水晶振動子の音叉基部４０の断面形状並びに電極
配置について詳述する。音叉腕２０と連結する音叉基部
４０には溝２１，２２が設けられている。同様に、音叉
腕２６と連結する音叉基部４０には溝２７，２８が設け
られている。更に、溝２１と溝２７との間には更に溝３
２と溝３６とが設けられている。又、溝２２と溝２８と
の間にも溝３３と溝３７とが設けられている。そして、
溝２１と溝２２には電極２３，２４が、溝３２，３３，
３６，３７には電極３４，３５，３８，３９が、溝２７
と溝２８には電極２９，３０が配置され、音叉基部４０
の両側面には電極２５，３１が配置されている。さらに
詳述すると、溝の側面に電極が配置され、前記電極に対
抗して極性の異なる電極が配置されている。FIG. 4 is a cross-sectional view of the tuning fork base portion 40 of the bending quartz crystal resonator 10 of FIG. 4, the cross-sectional shape and electrode arrangement of the tuning fork base 40 of the crystal unit shown in FIG. 3 will be described in detail. Grooves 21 and 22 are provided in the tuning fork base portion 40 that is connected to the tuning fork arm 20. Similarly, the tuning fork base portion 40 connected to the tuning fork arm 26 is provided with grooves 27 and 28. Further, a groove 3 is further provided between the groove 21 and the groove 27.
2 and a groove 36 are provided. Further, a groove 33 and a groove 37 are also provided between the groove 22 and the groove 28. And
Electrodes 23 and 24 are provided in the grooves 21 and 22, and grooves 32 and 33,
Electrodes 34, 35, 38, 39 are provided on the grooves 36, 37 in the groove 27.
The electrodes 29 and 30 are arranged in the groove 28 and the groove 28, and the tuning fork base 40
Electrodes 25 and 31 are arranged on both side surfaces of. More specifically, electrodes are arranged on the side surfaces of the groove, and electrodes having different polarities are arranged opposite to the electrodes.

【００１７】また、音叉形状の屈曲水晶振動子１０は厚
みｔを有し、溝は厚みｔ_１を有している。ここで言う厚
みｔ_１は溝の一番深いところの厚みを言う。その理由は
水晶は異方性の材料のために、化学的エッチング法では
各結晶軸の方向によりエッチングスピードが異なる。そ
れ故、化学的エッチング法では溝の深さが図４に示した
一様な形状に加工するのが極めて難しいためである。本
実施例では、溝の厚みｔ_１と音叉腕又は音叉腕と音叉基
部の厚みｔとの比（ｔ_１／ｔ）が０．０１〜０．７９と
なるように形成されている。このように形成することに
より、音叉腕又は音叉腕と音叉基部の溝側面電極とそれ
に対抗する側面の電極との間の電界Ｅｘが大きくなる。
すなわち、電気機械変換効率の良い屈曲振動子が得られ
る。即ち、容量比の小さい音叉形状の屈曲水晶振動子が
得られる。更に、本実施例では、音叉基部の溝と溝との
間にさらに溝３２，３３，３６，３７が設けられている
ので、その電界強度はより一層大きくなり、より電気機
械変換効率が良くなる。又、本実施例では、音叉基部４
０の上面に溝３２，３６が、下面に溝３３，３７が設け
られているが、片面にのみ設けても良い。The tuning fork-shaped bent crystal oscillator 10 has a thickness t, and the groove has a thickness t ₁ . The thickness t _{1 mentioned} here means the thickness of the deepest part of the groove. The reason is that quartz is an anisotropic material, and therefore the etching speed differs depending on the direction of each crystal axis in the chemical etching method. Therefore, it is extremely difficult to process the groove into the uniform shape shown in FIG. 4 by the chemical etching method. In this embodiment, the groove thickness t ₁ and the ratio of the thickness t of the tuning fork arm or the tuning fork arm and the tuning fork base portion (t ₁ / t) are formed to be 0.01 to 0.79. By forming in this way, the electric field Ex between the tuning fork arm or the tuning fork arm and the groove side surface electrode of the tuning fork base and the side surface electrode opposite thereto becomes large.
That is, it is possible to obtain a bending oscillator having a high electromechanical conversion efficiency. That is, a tuning fork-shaped bent crystal oscillator having a small capacitance ratio can be obtained. Further, in this embodiment, since the grooves 32, 33, 36 and 37 are further provided between the grooves of the tuning fork base portion, the electric field strength thereof is further increased and the electromechanical conversion efficiency is improved. . Further, in this embodiment, the tuning fork base 4
The grooves 32 and 36 are provided on the upper surface of 0 and the grooves 33 and 37 are provided on the lower surface, but they may be provided on only one surface.

【００１８】更に、電極２５，２９，３０，３４，３５
は一方の同極に、電極２３，２４，３１，３７，３８，
３９は他方の同極になるように配置されていて、２電極
端子構造Ｅ−Ｅ′を構成する。即ち、ｚ軸方向に対抗す
る溝電極は同極に、且つ、ｘ軸方向に対抗する電極は異
極になるように構成されている。今、２電極端子Ｅ−
Ｅ′に直流電圧を印加（Ｅ端子に正極、Ｅ′端子に負
極）すると電界Ｅｘは図４に示した矢印のように働く。
電界Ｅｘは水晶振動子の側面と溝内の側面とに配置され
た電極により電極に垂直に、即ち、直線的に引き出され
るので、電界Ｅｘが大きくなり、その結果、発生する歪
の量も大きくなる。従って、音叉形状の屈曲水晶振動子
を小型化させた場合でも、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい、
品質係数Ｑ値の高い屈曲モードで振動する音叉形状の水
晶振動子が得られる。Further, the electrodes 25, 29, 30, 34, 35
Has electrodes 23, 24, 31, 37, 38, and
39 is arranged so as to have the same polarity as the other, and constitutes a two-electrode terminal structure E-E '. That is, the groove electrodes facing the z-axis direction have the same polarity, and the electrodes facing the x-axis direction have the different poles. Now, 2 electrode terminal E-
When a DC voltage is applied to E '(E terminal is positive and E'terminal is negative), the electric field Ex acts as shown by the arrow in FIG.
The electric field Ex is extracted perpendicularly to the electrodes, that is, linearly by the electrodes arranged on the side surface of the crystal unit and the side surface inside the groove, so that the electric field Ex becomes large, and as a result, the amount of strain generated is also large. Become. Therefore, even when the tuning fork-shaped bent crystal unit is downsized, the equivalent series resistance R ₁ is small.
A tuning fork-shaped crystal unit having a high quality factor Q value and vibrating in a bending mode is obtained.

【００１９】図５は図３の音叉形状の屈曲水晶振動子１
０の上面図を示すものである。図５では溝２１，２７の
配置及び寸法について特に詳述する。音叉腕２０の中立
線４１を挟むようにして溝２１が設けられている。他方
の音叉腕２６も中立線４２を挟むようにして溝２７が設
けられている。更に、本実施例の音叉形状の屈曲水晶振
動子１０では、音叉基部４０の、溝２１と溝２７との間
に挟まれた部分にも溝３２と溝３６とが設けられてい
る。それら溝２１，２７及び溝３２，３６を設けたこと
で、音叉形状の屈曲水晶振動子１０には、先に述べたよ
うに、電界Ｅｘが図４に示した矢印のように働き、電界
Ｅｘは水晶振動子の側面と溝内の側面とに配置された電
極により電極に垂直に、即ち、直線的に引き出され、特
に音叉基部の電界Ｅｘが大きくなり、その結果、発生す
る歪の量も大きくなる。このように、本実施例の音叉形
状の屈曲水晶振動子１０の形状と電極構成とは、音叉型
屈曲水晶振動子を小型化した場合でも電気的諸特性に優
れた、即ち、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい、品質係数Ｑ値
の高い水晶振動子を実現できる。FIG. 5 is a tuning fork-shaped bent crystal unit 1 of FIG.
0 is a top view of FIG. In FIG. 5, the arrangement and dimensions of the grooves 21 and 27 will be described in detail. The groove 21 is provided so as to sandwich the neutral line 41 of the tuning fork arm 20. The other tuning fork arm 26 is also provided with a groove 27 so as to sandwich the neutral line 42. Further, in the tuning fork-shaped bent crystal oscillator 10 of the present embodiment, the groove 32 and the groove 36 are also provided in the portion of the tuning fork base portion 40 sandwiched between the groove 21 and the groove 27. By providing the grooves 21 and 27 and the grooves 32 and 36, as described above, the electric field Ex works in the tuning fork-shaped bent quartz crystal resonator 10 as shown by the arrow in FIG. Is drawn perpendicularly to the electrode, that is, linearly by the electrodes arranged on the side surface of the crystal unit and the side surface inside the groove, and especially the electric field Ex of the tuning fork base portion becomes large, and as a result, the amount of strain generated is also increased. growing. As described above, the shape and electrode configuration of the tuning fork-shaped bent crystal resonator 10 of this embodiment have excellent electrical characteristics even when the tuning fork-shaped bent crystal resonator is downsized, that is, the equivalent series resistance R. _A crystal unit having a small quality factor of ₁ and a high quality factor Q value can be realized.

【００２０】更に、音叉腕２０，２６の全幅ＷはＷ＝Ｗ
_１＋Ｗ_２＋Ｗ_３で与えられ、通常はＷ_１とＷ_３の一部又
は全部がＷ_１＝Ｗ_３となるように構成される。又、溝幅
Ｗ_{２はＷ ２}≧Ｗ_１，Ｗ_３を満足する条件で構成される。
更に、具体的に述べると、溝幅Ｗ_２と音叉腕幅Ｗとの比
（Ｗ_２／Ｗ）が０．３５〜０．９５で、溝の厚みｔ_１と
音叉腕又は音叉腕と音叉基部の厚みｔとの比（ｔ_１／
ｔ）が０．０１〜０．７９となるように形成されてい
る。このように形成することにより、音叉腕の中立線４
１と４２を基点とする２次慣性モーメントが大きくな
る。即ち、電気機械変換効率が良くなるので、等価直列
抵抗Ｒ_１の小さい、Ｑ値の高い、しかも、容量比の小さ
い音叉形状の屈曲水晶振動子を得る事ができる。Further, the overall width W of the tuning fork arms 20 and 26 is W = W
It is given by ₁ + W ₂ + W _{3, and} it is usually configured such that some or all of W ₁ and W ₃ are W ₁ = W ₃ . Further, the groove width W _{2 is} formed under the condition that _{W 2} ≧ W ₁ and W ₃ are satisfied.
Moreover, specifically by the ratio of the groove width _{W 2} and the tuning fork arm width W _(W 2 / W) is from 0.35 to 0.95, a groove thickness _{t 1} and the tuning fork arms or fork arms and fork base of Ratio of thickness t to (t ₁ /
It is formed so that t) is 0.01 to 0.79. By forming in this way, the neutral line 4 of the tuning fork arm is
The second moment of inertia based on 1 and 42 becomes large. That is, since the electromechanical conversion efficiency is improved, it is possible to obtain a bent quartz crystal resonator having a small equivalent series resistance R ₁ , a high Q value, and a small capacitance ratio.

【００２１】これに対して、溝２１および溝２７の長さ
ｌ_１について本実施例では、溝２１，２７が音叉腕２
０，２６から音叉基部４０の長さｌ_２にまで延在し、基
部の溝の長さｌ_３となるような寸法とされている。それ
故、音叉腕２０，２６に設けられた溝の長さは（ｌ_１−
ｌ_３）で与えられ、Ｒ_１の小さい振動子を得るために、
（ｌ_１−ｌ_３）／（ｌ−ｌ_２）が０．４〜０．８の値を
有する。更に、音叉形状の屈曲水晶振動子１０の全長ｌ
は要求される周波数や収納容器の大きさなどから決定さ
れる。と同時に、基本波モードで振動する良好な音叉形
状の屈曲水晶振動子を得るためには、溝の長さｌ_１と全
長ｌとの間には密接な関係が存在する。On the other hand, regarding the length l ₁ of the groove 21 and the groove 27, in this embodiment, the grooves 21 and 27 have the tuning fork arm 2
It is dimensioned to extend from 0, 26 to the length l ₂ of the tuning fork base 40 and to have the groove length l ₃ of the base. Therefore, the length of the groove provided in the tuning fork arms 20 and 26 is (l ₁ −
l ₃ ), to obtain an oscillator with a small R ₁ ,
_{(L 1 -l 3) / (} l-l 2) it has a value of 0.4 to 0.8. Further, the total length l of the tuning fork-shaped bent crystal unit 10
Is determined by the required frequency and the size of the storage container. At the same time, there is a close relationship between the groove length l ₁ and the overall length l in order to obtain a good tuning fork-shaped bent crystal oscillator that vibrates in the fundamental mode.

【００２２】すなわち、音叉腕２０，２６又は音叉腕２
０，２６と音叉基部４０とに設けられた溝の長さｌ_１と
音叉形状の屈曲水晶振動子の全長ｌとの比（ｌ_１／ｌ）
が０．２〜０．７８となるように溝の長さは設けられ
る。このように形成する理由は、特に、不要振動である
２次高調波振動（基本波周波数の約６．３倍の周波数）
を抑圧する事ができると共に基本波モード振動の短期周
波数安定性を高めることができる。それ故、基本波モー
ドで容易に振動する良好な音叉形状の屈曲水晶振動子が
実現できる。さらに詳述するならば、基本波モードで振
動する音叉形状の屈曲水晶振動子の等価直列抵抗Ｒ_１が
２次高調波振動での等価直列抵抗Ｒ_２より小さくなる。
即ち、Ｒ_１＜Ｒ_２となり、増幅器（ＣＭＯＳインバー
タ）、コンデンサ、抵抗、本実施例の音叉形状の屈曲水
晶振動子等から成る水晶発振器において、振動子が基本
波モードで容易に振動する良好な水晶発振器が実現でき
る。又、溝の長さｌ_１は音叉腕の長さ方向に分割されて
いても良く、その中の少なくとも１個が前記辺比（ｌ_１
／ｌ）を満足すれば良い。That is, the tuning fork arm 20, 26 or the tuning fork arm 2
0, 26 and the length l _{1 of the} groove formed in the tuning fork base 40 and the total length l of the tuning fork-shaped bent quartz crystal unit (l ₁ / l)
The length of the groove is set so as to be 0.2 to 0.78. The reason for forming in this way is especially the second harmonic vibration (frequency of about 6.3 times the fundamental wave frequency), which is unnecessary vibration.
Can be suppressed and the short-term frequency stability of fundamental mode vibration can be enhanced. Therefore, a good tuning fork-shaped bent crystal unit that easily vibrates in the fundamental mode can be realized. More specifically, the equivalent series resistance R _{1 of} the tuning fork-shaped bent crystal oscillator vibrating in the fundamental mode is smaller than the equivalent series resistance R _{2 in the second} harmonic vibration.
That is, R ₁ <R ₂ , and in the crystal oscillator including the amplifier (CMOS inverter), the capacitor, the resistor, and the tuning fork-shaped bent crystal oscillator of the present embodiment, the oscillator easily vibrates in the fundamental mode. A crystal oscillator can be realized. Further, the groove length l ₁ may be divided in the length direction of the tuning fork arm, and at least one of them may be divided into the side ratio (l ₁
/ L) should be satisfied.

【００２３】また、この実施例では、音叉基部４０は図
５中、振動子１０の長さｌ_２の下側部分全体とされ、
又、音叉腕２０及び音叉腕２６は、図５中、振動子１０
の長さｌ_２の部分から上側の部分全体とされている。本
実施例では音叉の叉部は矩形をしているが、本発明は前
記形状に限定されるものではなく、音叉の叉部がＵ字型
をしていても良い。この場合も矩形の形状と同じよう
に、音叉腕と音叉基部との寸法の関係は前記関係と同じ
である。更に、本実施例では、溝は音叉腕と音叉基部に
設けられているが、本発明はこれに限定されるものでな
く、音叉腕にのみ溝を設けても良く、同様の効果が得ら
れる。この場合、溝の長さｌ_３＝０となる。また、本発
明で言う溝の長さｌ_１とは溝の厚みｔ_１と音叉腕の厚み
ｔとの比（ｔ_１／ｔ）が０．０１〜０．７９となるよう
に形成されていて、溝幅Ｗ_２と音叉腕の幅Ｗとの比（Ｗ
_２／Ｗ）が０．３５〜０．９５となるように形成されて
いる溝の長さである。In this embodiment, the tuning fork base 40 is the entire lower part of the length l ₂ of the vibrator 10 in FIG.
Further, the tuning fork arm 20 and the tuning fork arm 26 are the vibrator 10 in FIG.
From the length l ₂ portion to the entire upper portion. In the present embodiment, the tuning fork has a rectangular shape, but the present invention is not limited to the above-mentioned shape, and the tuning fork may have a U shape. In this case as well, similar to the rectangular shape, the dimensional relationship between the tuning fork arm and the tuning fork base is the same as the above relationship. Further, in the present embodiment, the groove is provided in the tuning fork arm and the tuning fork base, but the present invention is not limited to this, and the groove may be provided only in the tuning fork arm, and the same effect can be obtained. . In this case, the groove length l ₃ = 0. The groove length l _{1 referred} to in the present invention is formed so that the ratio (t ₁ / t) between the groove thickness t ₁ and the tuning fork arm thickness t is 0.01 to 0.79. , The ratio of the groove width W ₂ to the width W of the tuning fork arm (W
₂ / W) is the length of the groove formed so as to be 0.35 to 0.95.

【００２４】換言するならば、音叉形状の音叉腕の中立
線を挟んだ幅方向中央部の上下面に各々少なくとも１個
の溝が長さ方向に設けられ、前記溝の両側面に電極が配
置され、前記溝側面の電極とその電極に対抗する音叉腕
側面の電極とが互いに異極となるように構成されてい
て、音叉腕に生ずる２次慣性モーメントが大きくなるよ
うに前記各々少なくとも１個の溝の内少なくとも１個の
溝幅Ｗ_２と音叉腕幅Ｗとの比（Ｗ_２／Ｗ）が０．３５〜
０．９５でさらに前記溝の厚みｔ_１と音叉腕の厚みｔと
の比（ｔ_１／ｔ）が０．０１〜０．７９となるように溝
が形成されている。In other words, at least one groove is provided in the length direction on the upper and lower surfaces of the central portion in the width direction sandwiching the neutral line of the tuning fork arm, and electrodes are arranged on both side surfaces of the groove. And an electrode on the side surface of the groove and an electrode on the side surface of the tuning fork arm that opposes the electrode have different polarities from each other, and each of the at least one electrode is arranged to increase the secondary moment of inertia generated in the tuning fork arm. at least one ratio of the groove width _{W 2} and the tuning fork arm width W of the grooves _(W 2 / W) is 0.35
Further, the groove is formed so that the ratio (t ₁ / t) between the thickness t _{1 of the} groove and the thickness t of the tuning fork arm is 0.01 to 0.79 at 0.95.

【００２５】 を満足するように構成され、間隔Ｗ_４は０．０５ｍｍ〜
０．３５ｍｍで、溝幅Ｗ_２は０．０３ｍｍ〜０．０６８
ｍｍの値を有する。このように構成する理由は超小型の
水晶振動子で、かつ、音叉形状と音叉腕の溝をフオトリ
ソグラフィを用いて別々（別々の工程）に形成でき、更
に、基本波モード振動の周波数安定性が２次高調波モー
ド振動の周波数安定性より高くすることができる。[0025] Is satisfied, and the distance W ₄ is 0.05 mm to
In 0.35mm, the groove width _{W 2} is 0.03mm~0.068
It has a value of mm. The reason for configuring this way is that it is a micro crystal oscillator, and the tuning fork shape and the groove of the tuning fork arm can be formed separately (separate steps) using photolithography, and the frequency stability of the fundamental mode vibration is further improved. Can be higher than the frequency stability of the second harmonic mode vibration.

【００２６】更に詳述するならば、振動子の誘導性と電
気機械変換効率と品質係数を表すフイガーオブメリット
Ｍ_ｉは品質係数Ｑ_ｉ値と容量比ｒ_ｉの比（Ｑ_ｉ／ｒ_ｉ）
によって定義され（ｉ＝１のとき基本波振動、ｉ＝２の
とき２次高調波振動、ｉ＝３のとき３次高調波振動）、
振動子の短期周波数安定性は振動子のフイガーオブメリ
ットＭ_ｉに反比例し、その値Ｍ_ｉが大きい程、振動子の
短期周波数安定性は良くなる。そして、例えば、基本波
モード振動の周波数が３２．７６８ＫＨｚの場合、前記
音叉形状と溝とその寸法の構成により、基本波モード振
動のフイガーオブメリットＭ_１が２次と３次高調波モー
ド振動のフイガーオブメリットＭ_２、Ｍ_３より大きくな
る。本実施例ではＭ_１、Ｍ_２、Ｍ_３はそれぞれＭ_１＞５
０、Ｍ_２＜３０、Ｍ_３＜１８となる。その結果、基本波
モード振動の短期周波数安定性が２次と３次高調波モー
ド振動の短期周波数安定性より良くなる。と同時に、２
次と３次高調波モード振動を抑圧することができる。ま
た、本発明の基本波モード振動の基準周波数は１０ＫＨ
ｚ〜２００ＫＨｚが用いられる。[0026] If more detail, full Iga of merit M _i representing the inductive electromechanical conversion efficiency and the quality factor of the oscillator quality factor Q _i value and the capacitance ratio r _i ratio (Q i _/ r _i )
Is defined as (fundamental wave vibration when i = 1, second harmonic vibration when i = 2, third harmonic vibration when i = 3),
The short-term frequency stability of the oscillator is inversely proportional to the Figurer of merit M _i of the oscillator, and the larger the value M _i , the better the short-term frequency stability of the oscillator. Then, for example, when the frequency of the fundamental wave mode vibration is 32.768 KHz, due to the configuration of the tuning fork shape, the groove, and the dimensions thereof, the figurer of merit M ₁ of the fundamental wave mode vibration is the second and third harmonic mode vibrations. Of Figger of Merit M ₂ and M ₃ . In this embodiment, M ₁ , M ₂ and M ₃ are M ₁ > 5, respectively.
0, M ₂ <30, M ₃ <18. As a result, the short-term frequency stability of fundamental mode vibrations is better than the short-term frequency stability of second and third harmonic mode vibrations. At the same time, 2
Second and third harmonic mode vibrations can be suppressed. The reference frequency of the fundamental wave mode vibration of the present invention is 10 KH.
z to 200 KHz is used.

【００２７】図６は本発明の第２実施例の水晶発振器に
用いられる屈曲モードで振動する音叉形状の水晶振動子
４５の上面図である。音叉形状の屈曲水晶振動子４５
は、音叉腕４６，４７と音叉基部４８とを具えて構成さ
れている。即ち、音叉腕４６，４７の一端部が音叉基部
４８に接続されている。本実施例では、音叉基部４８に
切り欠き部５３、５４が設けられている。又、音叉腕４
６、４７には中立線５１、５２を挟んで溝４９、５０が
設けられている。更に、本実施例では溝４９、５０は音
叉腕４６、４７の一部に設けられていて、溝４９、５０
はそれぞれ幅Ｗ_２と長さｌ_１を有する。更に詳述するな
らば、溝の面積Ｓ＝Ｗ_２×ｌ_１で示し、Ｓは０．０２５
〜０．１２ｍｍ^２の値を有するように構成される。この
ように溝の面積を構成する理由は化学的エッチング法に
よる溝の形成が容易で、しかも、電気機械変換効率が良
くなる溝の形成ができる。と同時に、基本波モード振動
の品質係数Ｑ値の高い屈曲モードで振動する音叉形状の
水晶振動子が得られる。その結果、出力信号が基本波振
動モードの周波数である水晶発振器が実現できる。FIG. 6 is a top view of a tuning fork-shaped crystal oscillator 45 that vibrates in a bending mode used in the crystal oscillator of the second embodiment of the present invention. Tuning fork-shaped bent crystal unit 45
Is composed of tuning fork arms 46 and 47 and a tuning fork base portion 48. That is, one end of each tuning fork arm 46, 47 is connected to the tuning fork base 48. In the present embodiment, the tuning fork base portion 48 is provided with cutout portions 53 and 54. Also, tuning fork arm 4
Grooves 49 and 50 are provided in 6, 47 with the neutral lines 51 and 52 sandwiched therebetween. Further, in this embodiment, the grooves 49 and 50 are provided in a part of the tuning fork arms 46 and 47, and the grooves 49 and 50 are provided.
Each have a width W ₂ and a length l ₁ . More specifically, the area of the groove is represented by S = W ₂ × l ₁ , and S is 0.025.
Configured to have a value of ˜0.12 mm ² . The reason for forming the groove area in this way is that the groove can be easily formed by the chemical etching method, and further the groove can be formed so that the electromechanical conversion efficiency is improved. At the same time, a tuning-fork-shaped crystal oscillator that vibrates in a bending mode having a high quality factor Q value of fundamental mode vibration can be obtained. As a result, a crystal oscillator in which the output signal has the frequency of the fundamental vibration mode can be realized.

【００２８】上記溝の面積Ｓでは、溝と音叉腕を別々の
工程で加工できる。しかし、音叉腕とそれに設けられた
溝を同時に加工するには、音叉腕の厚みｔと溝幅Ｗ_２と
音叉腕の間隔Ｗ_４と面積Ｓを最適寸法にする必要が有
る。即ち、音叉腕の厚みｔが０．０６ｍｍ〜０．１２ｍ
ｍのとき、溝幅Ｗ_２が０．０２ｍｍ〜０．０６８ｍｍの
範囲内に、更に、面積Ｓは０．０２３ｍｍ^２〜０．０８
８ｍｍ^２の範囲内にあり、間隔Ｗ_４は０．０５ｍｍ〜
０．３５ｍｍとなるように構成される。このように構成
する理由は水晶の結晶性を利用し、その結晶性から貫通
穴でない溝と音叉形状を同時に形成することができる。
また、図６には示されていないが、音叉腕４６，４７の
下面にも溝４９，５０と対抗する位置に溝が設けられて
いる。With the area S of the groove, the groove and the tuning fork arm can be processed in separate steps. However, in order to simultaneously process the tuning fork arm and the groove provided therein, it is necessary to optimize the thickness t of the tuning fork arm, the groove width W ₂ , the spacing W _{4 of the} tuning fork arm, and the area S. That is, the thickness t of the tuning fork arm is 0.06 mm to 0.12 m.
When m, the groove width W ₂ is within the range of 0.02 mm to 0.068 mm, and the area S is 0.023 mm ^{2 to} 0.08.
It is in the range of 8 mm ² , and the interval W ₄ is 0.05 mm to
It is configured to be 0.35 mm. The reason for such a configuration is that the crystallinity of quartz is utilized, and because of the crystallinity, a groove that is not a through hole and a tuning fork shape can be formed simultaneously.
Although not shown in FIG. 6, grooves are also provided on the lower surfaces of the tuning fork arms 46 and 47 at positions facing the grooves 49 and 50.

【００２９】更に、音叉基部４８に設けられた切り欠き
部５３、５４の音叉部側の幅寸法はＷ_５で与えられ、切
り欠き部５３、５４の端部側の寸法はＷ_６で与えられ
る。そして、音叉基部４８の端部側で表面実装型のケー
スや円筒型のケースに半田や接着剤によって固定される
とき、振動子の振動エネルギーの損失を小さくするに
は、 振動部のエネルギー損失を小さくすることができる。図
６で示されている音叉腕の幅Ｗ、Ｗ_１、Ｗ_２、Ｗ_３と間
隔Ｗ_４及び溝の長さｌ_１と音叉振動子の全長ｌとの関係
は図５で述べられているので、ここでは省略する。Further, the width dimension of the notch portions 53, 54 provided on the tuning fork base portion 48 on the tuning fork portion side is given by W ₅ , and the dimension of the notch portions 53, 54 on the end portion side is given by W _6. . When the end portion of the tuning fork base portion 48 is fixed to a surface mounting type case or a cylindrical type case with solder or adhesive, in order to reduce the loss of vibration energy of the vibrator, The energy loss of the vibrating part can be reduced. The relationship between the widths W, W ₁ , W ₂ , W _{3 of the} tuning fork arms shown in FIG. 6, the interval W _{4, the} groove length l ₁ and the total length ₁ of the tuning fork vibrator is described in FIG. Therefore, it is omitted here.

【００３０】図７は本発明の第３実施例の水晶発振器に
用いられる水晶ユニットの断面図である。水晶ユニット
１７０は音叉形状の屈曲水晶振動子７０、ケース７１と
蓋７２を具えて構成されている。更に詳述するならば、
振動子７０はケース７１に設けられた固定部７４に導電
性接着剤７６や半田によって固定される。又、ケース７
１と蓋７２は接合部材７３を介して接合される。本実施
例では、振動子７０は図３と図６で詳細に述べられた屈
曲モードで振動する音叉形状の水晶振動子１０、４５の
内の一個と同じ振動子である。又、本実施例の水晶発振
器では回路素子は水晶ユニットの外側に接続される。即
ち、音叉形状の屈曲水晶振動子のみがケース内に収納さ
れている。この時、屈曲水晶振動子は真空中のケース内
に収納されている。FIG. 7 is a sectional view of a crystal unit used in the crystal oscillator of the third embodiment of the present invention. The crystal unit 170 includes a tuning fork-shaped bent crystal oscillator 70, a case 71, and a lid 72. In more detail,
The vibrator 70 is fixed to the fixing portion 74 provided on the case 71 with a conductive adhesive 76 or solder. Also, case 7
1 and the lid 72 are joined via a joining member 73. In the present embodiment, the oscillator 70 is the same oscillator as one of the tuning fork-shaped crystal oscillators 10 and 45 that oscillates in the bending mode described in detail in FIGS. 3 and 6. In the crystal oscillator of this embodiment, the circuit element is connected to the outside of the crystal unit. That is, only the tuning fork-shaped bent crystal oscillator is housed in the case. At this time, the bent crystal unit is housed in a case in vacuum.

【００３１】更に、ケースの部材はセラミックスかガラ
ス、蓋の部材は金属かガラス、そして、接合部材は金属
か低融点ガラスでできている。又、本実施例で述べられ
た振動子とケースと蓋との関係は以下に述べられる図８
の水晶発振器にも適用される。Further, the case member is made of ceramics or glass, the lid member is made of metal or glass, and the joining member is made of metal or low melting glass. The relationship between the vibrator, the case, and the lid described in this embodiment is shown in FIG.
Also applied to the crystal oscillator.

【００３２】図８本発明の第４実施例の水晶発振器の断
面図を示す。水晶発振器１９０は水晶発振回路とケース
９１と蓋９２を具えて構成されている。本実施例では、
水晶発振回路はケース９１と蓋９２から成る水晶ユニッ
ト内に収納されている。又、水晶発振回路は音叉形状の
屈曲水晶振動子９０と帰還抵抗を含む増幅器９８とコン
デンサー（図示されていない）とドレイン抵抗（図示さ
れていない）を具えて構成されていて、増幅器９８はＣ
ＭＯＳインバータが用いられる。FIG. 8 shows a sectional view of a crystal oscillator according to a fourth embodiment of the present invention. The crystal oscillator 190 includes a crystal oscillation circuit, a case 91, and a lid 92. In this embodiment,
The crystal oscillator circuit is housed in a crystal unit including a case 91 and a lid 92. Further, the crystal oscillator circuit comprises a tuning fork-shaped bent crystal oscillator 90, an amplifier 98 including a feedback resistor, a capacitor (not shown), and a drain resistor (not shown).
A MOS inverter is used.

【００３３】更に、本実施例では、振動子９０はケース
９１に設けられた固定部９４に接着剤９６や半田によっ
て固定される。これに対して、増幅器９８はケース９１
に固定されている。また、ケース９１と蓋９２は接合部
材９３を介して接合されている。本実施例の振動子９０
は図３と図６で詳細に述べられた音叉形状の屈曲水晶振
動子１０、４５の中の振動子が用いられる。Further, in this embodiment, the vibrator 90 is fixed to the fixing portion 94 provided on the case 91 with an adhesive 96 or solder. On the other hand, the amplifier 98 has a case 91.
It is fixed to. Further, the case 91 and the lid 92 are joined via a joining member 93. Transducer 90 of this embodiment
The oscillators in the tuning fork-shaped bent crystal oscillators 10 and 45 described in detail with reference to FIGS. 3 and 6 are used.

【００３４】次に、本発明の水晶発振器の製造方法につ
いて述べる。上記音叉形状の屈曲水晶振動子は半導体の
技術を用いたフオトリソグラフィ法と化学的エッチング
法によって形成される。まず、研磨加工あるいはポリッ
シュ加工された水晶ウエハの上下面に金属膜（例えば、
クロムそしてその上に金）をスパッタリング法又は蒸着
法により形成する。次に、その金属膜の上にレジストが
塗布される。そして、フオトリソ工程により、それらレ
ジストと金属膜が音叉形状を残して除去された後、化学
的エッチング法により、音叉腕と音叉基部を具えた音叉
形状が形成される。この音叉形状を形成するときに、音
叉基部に切り欠き部を形成しても良い。更に、音叉形状
の面上に前記工程で示した金属膜とレジストが塗布さ
れ、フオトリソ工程と化学的エッチング法により、音叉
腕又は音叉腕と音叉基部に溝が形成される。Next, a method of manufacturing the crystal oscillator of the present invention will be described. The tuning fork-shaped bent crystal oscillator is formed by a photolithography method and a chemical etching method using semiconductor technology. First, a metal film (for example,
Chromium and gold thereon is formed by sputtering or vapor deposition. Next, a resist is applied on the metal film. Then, after the resist and the metal film are removed by the photolithography process while leaving the tuning fork shape, a tuning fork shape including a tuning fork arm and a tuning fork base is formed by a chemical etching method. When forming this tuning fork shape, a notch may be formed in the tuning fork base. Further, the metal film and the resist shown in the above step are applied on the tuning fork-shaped surface, and grooves are formed in the tuning fork arm or the tuning fork arm and the tuning fork base by the photolithography step and the chemical etching method.

【００３５】次に、溝を有する音叉形状に金属膜とレジ
ストが再び塗布されて、フオトリソ工程により、電極が
形成される。即ち、音叉腕の側面の電極と溝の側面の電
極は極性が異なるように対抗して配置される。さらに詳
述するならば、第１の音叉腕の側面電極と第２の音叉腕
の溝の電極は同極に、第１の音叉腕の溝の電極と第２の
音叉腕の側面電極は同極に構成され、第１の音叉腕の溝
の電極と側面電極は極性が異なるように構成される。即
ち。２電極端子が振動子に形成される。その結果、２電
極端子に交番電圧を印加する事により、音叉腕は逆相で
屈曲振動する。本実施例では、音叉形状の形成の後に溝
を音叉腕又は音叉腕と音叉基部に形成しているが、本発
明は前記実施例に限定されるものではなくて、まず、溝
を形成してから音叉形状を形成してもよい。又は、音叉
形状と溝を同時に形成しても良い。更に、この工程での
溝の寸法等については前記した寸法と同じであり既に述
べられているので、ここでは省略する。Next, a metal film and a resist are applied again in the shape of a tuning fork having a groove, and an electrode is formed by a photolithography process. That is, the electrode on the side surface of the tuning fork arm and the electrode on the side surface of the groove are arranged so as to have opposite polarities. More specifically, the side electrode of the first tuning fork arm and the groove electrode of the second tuning fork arm have the same polarity, and the groove electrode of the first tuning fork arm and the side electrode of the second tuning fork arm have the same polarity. The electrodes of the groove of the first tuning fork arm and the side electrodes are configured to have different polarities. That is, Two-electrode terminals are formed on the vibrator. As a result, when an alternating voltage is applied to the two-electrode terminals, the tuning fork arm flexurally vibrates in reverse phase. In this embodiment, the groove is formed in the tuning fork arm or the tuning fork arm and the tuning fork base after forming the tuning fork shape, but the present invention is not limited to the above embodiment, and first, the groove is formed. May be formed into a tuning fork shape. Alternatively, the tuning fork shape and the groove may be formed at the same time. Further, the dimensions and the like of the grooves in this step are the same as those described above and have already been described, so they are omitted here.

【００３６】この実施例の工程により、水晶ウエハには
多数個の音叉形状の屈曲水晶振動子が形成されている。
それ故、次の工程では、このウエハの状態で、最初の周
波数調整がレーザ又はプラズマエッチング又は蒸着にて
行われる。と共に、不良振動子はウエハから取り除かれ
る。また、本工程では１０ＫＨｚ〜２００ＫＨｚの基準
周波数に対して、周波数偏差は−９０００ｐｐｍ〜＋５
０００ｐｐｍの範囲内にあるように周波数調整がなされ
る。更に、次の工程では、形成された振動子は表面実装
型のケース又は円筒型のケースのリード線に接着材ある
いは半田等で固定される。その固定後、第２回目の周波
数調整がレーザ又はプラズマエッチング又は蒸着にて行
われる。本工程では、周波数偏差は−５０ｐｐｍ〜＋５
０ｐｐｍの範囲内にあるように周波数調整がなされる。By the process of this embodiment, a large number of tuning fork-shaped bent crystal oscillators are formed on the crystal wafer.
Therefore, in the next step, in this wafer state, the first frequency adjustment is performed by laser or plasma etching or vapor deposition. At the same time, the defective oscillator is removed from the wafer. Further, in this step, the frequency deviation is −9000 ppm to +5 with respect to the reference frequency of 10 KHz to 200 KHz.
The frequency is adjusted so that it is within the range of 000 ppm. Further, in the next step, the formed vibrator is fixed to the lead wire of the surface mount type case or the cylindrical type case with an adhesive or solder. After the fixing, the second frequency adjustment is performed by laser or plasma etching or vapor deposition. In this step, the frequency deviation is −50 ppm to +5.
The frequency is adjusted so that it is within the range of 0 ppm.

【００３７】更に、周波数調整後、前記振動子はケース
と蓋となるユニットに真空中で収納される。蓋がガラス
で構成されているときには、収納後、第３回目の周波数
調整がレーザにて行われる。本工程では、周波数偏差は
−３０ｐｐｍ〜＋３０ｐｐｍの範囲内にあるように周波
数調整がなされる。本実施例では、周波数調整は３回行
われるが、少なくとも２回行えば良い。例えば、第３回
目の周波数調整はしなくても良い。更に次の工程では、
前記した振動子の２電極端子が増幅器とコンデンサと抵
抗に電気的に接続される。換言するならば、増幅回路は
ＣＭＯＳインバータと帰還抵抗からなり、帰還回路は音
叉形状の屈曲水晶振動子とドレイン抵抗とゲート側のコ
ンデンサとドレイン側のコンデンサからなるように接続
される。又、前記第３回目の周波数調整は水晶発振回路
を構成後に行っても良い。Further, after the frequency adjustment, the vibrator is housed in vacuum in a unit serving as a case and a lid. When the lid is made of glass, the third frequency adjustment is performed by the laser after the housing. In this step, the frequency is adjusted so that the frequency deviation is within the range of -30 ppm to +30 ppm. In this embodiment, the frequency adjustment is performed three times, but it may be performed at least twice. For example, the third frequency adjustment need not be performed. In the next step,
Two-electrode terminals of the above-mentioned vibrator are electrically connected to the amplifier, the capacitor and the resistor. In other words, the amplifier circuit is composed of a CMOS inverter and a feedback resistor, and the feedback circuit is connected so as to be composed of a tuning fork-shaped bent crystal oscillator, a drain resistor, a gate side capacitor and a drain side capacitor. The third frequency adjustment may be performed after the crystal oscillation circuit is constructed.

【００３８】以上、図示例に基づき説明したが、この発
明は上述の例に限定されるものではなく、上記第１実施
例から第４実施例の水晶発振器に用いられる音叉形状の
屈曲水晶振動子では、音叉腕又は音叉腕と音叉基部に溝
を設けているが、例えば、音叉腕に貫通穴（ｔ_１＝０）
を設けてもよい。又は、音叉基部に溝と貫通穴を設けて
も良い。又、本実施例の音叉腕に設けられた溝に連結す
る音叉基部の溝を貫通穴になるように構成してもよく、
溝又は貫通穴の側面に電極を配置し、その電極と対抗す
る側面に前記電極と極性の異なる電極を配置することに
より、既に述べられたのと同様な効果が得られる。Although the present invention has been described above based on the illustrated example, the present invention is not limited to the above-described example, and the tuning fork-shaped bent crystal oscillator used in the crystal oscillators of the first to fourth embodiments. In the above, a groove is provided in the tuning fork arm or the tuning fork arm and the tuning fork base. For example, the tuning fork arm has a through hole (t ₁ = 0)
May be provided. Alternatively, a groove and a through hole may be provided in the tuning fork base. Further, the groove of the tuning fork base portion connected to the groove provided in the tuning fork arm of this embodiment may be configured as a through hole,
By arranging the electrode on the side surface of the groove or the through hole and arranging the electrode having a polarity different from that of the electrode on the side surface opposed to the electrode, the same effect as described above can be obtained.

【００３９】更に、本実施例で示された図４では、音叉
腕と音叉基部に大略同じ深さの溝を設けているが、本発
明はこれに限定されるものではなく、例えば、音叉基部
に全て溝を設け、叉部の下側の溝の厚みとその両側の溝
の厚みを変えても良い。即ち、異なる厚みを有する溝を
設けても良い。一例として、音叉基部の中央部の溝の厚
みをその両側の溝の厚みより小さく、あるいは大きくな
るように形成しても良い。他の例としては、音叉腕に設
けられた溝の深さを変えても良い。特に、複数個の音叉
形状の屈曲水晶振動子が接続部を介して音叉基部で接続
され、且つ、それらの振動子が電気的に並列に接続され
るときには、各振動子の音叉腕の溝の厚み（深さ）を変
えることにより、各振動子の頂点温度を変えることがで
き、周波数温度特性の改善ができる。Further, in FIG. 4 shown in this embodiment, the tuning fork arm and the tuning fork base are provided with grooves having substantially the same depth, but the present invention is not limited to this, and for example, the tuning fork base is provided. It is also possible to provide all the grooves in the above and change the thickness of the groove on the lower side of the fork and the thickness of the grooves on both sides thereof. That is, grooves having different thicknesses may be provided. As an example, the thickness of the groove in the central portion of the tuning fork base may be formed to be smaller or larger than the thickness of the grooves on both sides thereof. As another example, the depth of the groove provided in the tuning fork arm may be changed. In particular, when a plurality of tuning fork-shaped bent quartz crystal resonators are connected at the tuning fork base through the connecting portion and those resonators are electrically connected in parallel, the groove of the tuning fork arm of each resonator is By changing the thickness (depth), the peak temperature of each vibrator can be changed, and the frequency temperature characteristic can be improved.

【００４０】更に、第１実施例〜第４実施例の水晶発振
器とそれに用いられる音叉形状の屈曲水晶振動子につい
て述べてきたが、これらの実施例の水晶発振器に用いら
れる水晶振動子はケースと蓋とから構成される、いわゆ
るユニット内に収納され、水晶ユニットを構成する。即
ち、ケースに設けられた固定部に導電性接着剤又は半田
等によって固定部に本実施例の振動子は固定され、さら
に、ケースと蓋とは接合部材を介して接合されていて、
ケース内は真空になるように構成されている。このよう
に構成することにより、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい、超
小型の水晶ユニットを実現することができる。Further, although the crystal oscillators of the first to fourth embodiments and the tuning fork-shaped bent crystal oscillators used for them have been described, the crystal oscillators used for the crystal oscillators of these examples are cases. It is housed in a so-called unit composed of a lid and constitutes a crystal unit. That is, the vibrator of the present embodiment is fixed to the fixing portion provided on the case with a conductive adhesive or solder, and the case and the lid are joined via a joining member.
The inside of the case is configured to be a vacuum. With this configuration, it is possible to realize a microminiature crystal unit having a small equivalent series resistance R ₁ .

【００４１】[0041]

【発明の効果】以上述べたように、本発明の水晶発振器
を提供する事により、特に、次の如き著しい効果が得ら
れる。 （１）音叉基部に複数個の溝を設け、且つ、それらの側
面に極性の異なる電極が配置されているので、電界が垂
直に働く。その結果、電気機械変換効率が良くなるの
で、等価直列抵抗Ｒ_１が小さく、品質係数Ｑ値の高い音
叉形状の屈曲水晶振動子を具えた水晶発振器が得られ
る。 （２）溝幅と音叉腕幅の寸法と溝の厚みと音叉腕の厚み
の寸法との関係の最適化を図ることにより、２次慣性モ
ーメントが大きくなる。即ち、等価直列抵抗Ｒ_１の小さ
い、Ｑ値の高い、しかも、容量比の小さい音叉形状の屈
曲水晶振動子を具えた水晶発振器が実現できる。 （３）音叉形状の振動子の基本波モード振動の等価直列
抵抗Ｒ_１が２次高調波モード振動の等価直列抵抗Ｒ_２よ
り小さく、かつ、基本波モード振動のフイガーオブメリ
ットＭ_１が２次高調波モード振動のフイガーオブメリッ
トＭ_２より大きい振動子を具えて水晶発振器は構成さ
れ、更に、増幅回路の基本波モード振動の増幅率α_１と
２次高調波モード振動の増幅率α_２との比が帰還回路の
２次高調波モード振動の帰還率β_２と基本波モード振動
の帰還率β_１との比より大きく、かつ、前記基本波モー
ド振動の増幅率α_１と前記基本波モード振動の帰還率β
_１の積が１より大きくなるように構成されているの
で、、負荷容量が小さくても、水晶発振器の出力信号が
基本波モード振動の周波数が出力として得られる。と同
時に、消費電流の少ない水晶発振器が実現できる。 （４）音叉形状と溝をフォトリソグラフィ法と化学的エ
ッチング法によって形成でき、量産性に優れ、更に１枚
の水晶ウェハ上に多数個の振動子を一度にバッチ処理に
て形成できるので、安価な音叉形状の屈曲水晶振動子が
得られる。と同時に、それを具えた安価な水晶発振器が
実現できる。As described above, by providing the crystal oscillator of the present invention, the following remarkable effects can be obtained. (1) Since a plurality of grooves are provided in the tuning fork base and electrodes having different polarities are arranged on their side surfaces, an electric field works vertically. As a result, the electromechanical conversion efficiency is improved, so that a crystal oscillator having a bent quartz crystal resonator having a small equivalent series resistance R _{1 and} a high quality factor Q value can be obtained. (2) The secondary moment of inertia is increased by optimizing the relationship between the groove width, the tuning fork arm width dimension, the groove thickness, and the tuning fork arm thickness dimension. That is, it is possible to realize a crystal oscillator having a tuning fork-shaped bent crystal resonator having a small equivalent series resistance R ₁ , a high Q value, and a small capacitance ratio. (3) The equivalent series resistance R ₁ of the fundamental wave mode vibration of the tuning fork-shaped oscillator is smaller than the equivalent series resistance R _{2 of the second} harmonic mode vibration, and the figurer of merit M ₁ of the fundamental wave mode vibration is 2 The crystal oscillator is configured with a vibrator larger than the Figurer of merit M ₂ of the second harmonic mode vibration, and further, the amplification factor α ₁ of the fundamental mode vibration and the amplification factor α of the second harmonic mode vibration of the amplifier circuit α ₂ is larger than the ratio between the feedback rate β ₂ of the second harmonic mode vibration of the feedback circuit and the feedback rate β ₁ of the fundamental mode vibration, and the amplification rate α ₁ of the fundamental mode vibration and the basic rate Feedback factor β of wave mode vibration
_Since the product of 1 is configured to be larger than ₁ , the output signal of the crystal oscillator is obtained as the output of the fundamental mode vibration even if the load capacitance is small. At the same time, a crystal oscillator with low current consumption can be realized. (4) The tuning fork shape and groove can be formed by photolithography and chemical etching methods, which is excellent in mass productivity, and moreover, because a large number of vibrators can be formed on one quartz wafer at a time by batch processing, it is inexpensive. It is possible to obtain a bending quartz oscillator having a simple tuning fork shape. At the same time, an inexpensive crystal oscillator equipped with it can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】 本発明の水晶発振器を構成する水晶発振回路
図の一実施例である。FIG. 1 is an embodiment of a crystal oscillation circuit diagram constituting a crystal oscillator of the present invention.

【図２】 図１の帰還回路図を示す。FIG. 2 shows a feedback circuit diagram of FIG.

【図３】 本発明の第１実施例の水晶発振器に用いられ
る屈曲モードで振動する音叉形状の水晶振動子の外観図
とその座標系を示す。FIG. 3 shows an external view and a coordinate system of a tuning fork-shaped crystal resonator that vibrates in a bending mode used in the crystal oscillator of the first embodiment of the present invention.

【図４】 図３の音叉形状の屈曲水晶振動子の音叉基部
のＤ−Ｄ′断面図を示す。4 is a cross-sectional view of the tuning fork base portion of the tuning fork-shaped bent crystal resonator of FIG.

【図５】 図３の音叉形状の屈曲水晶振動子の上面図を
示す。5 shows a top view of the tuning fork-shaped bent crystal oscillator of FIG. 3. FIG.

【図６】 本発明の第２実施例の水晶発振器に用いられ
る屈曲モードで振動する音叉形状の水晶振動子の上面図
である。FIG. 6 is a top view of a tuning fork-shaped crystal resonator that vibrates in a bending mode used in the crystal oscillator of the second embodiment of the present invention.

【図７】 本発明の第３実施例の水晶発振器に用いられ
る水晶ユニットの断面図である。FIG. 7 is a sectional view of a crystal unit used in a crystal oscillator according to a third embodiment of the present invention.

【図８】 本発明の第４実施例の水晶発振器の断面図を
示す。FIG. 8 shows a sectional view of a crystal oscillator according to a fourth embodiment of the present invention.

【図９】 従来の音叉形状の屈曲水晶振動子の斜視図と
その座標系を示す。FIG. 9 shows a perspective view of a conventional tuning fork-shaped bent crystal unit and its coordinate system.

【図１０】 図９の音叉形状水晶振動子の音叉腕の断面
図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a tuning fork arm of the tuning fork crystal oscillator shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 増幅回路 ９ 帰還回路 Ｖ_１ 入力電圧 Ｖ_２ 出力電圧 ２０，２６，４６，４７音叉腕 Ｗ_２ 溝幅 Ｗ 音叉腕の全幅 Ｗ_１，Ｗ_３ 音叉腕の部分幅 Ｗ_４ 音叉腕の間隔 ｌ_１ 溝の長さ ｌ_２ 音叉基部の長さ ｌ 音叉形状の屈曲水晶振動子の全長 ｔ 音叉形状の屈曲水晶振動子の厚み ｔ_１ 溝の厚み1 amplifier 9 feedback circuit _{V 1} input voltage _{V 2} output voltage 20,26,46,47 tuning fork arms _{W 2} the groove width W tuning fork arms of the total width _W 1, _{W 3} tuning fork arm portion width _{W 4} tuning fork arms intervals _{l 1} Groove length l ₂ Tuning fork base length l Total length of tuning fork-shaped bent crystal oscillator t Thickness of tuning fork-shaped bent quartz oscillator t ₁ Groove thickness

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 水晶振動子と増幅器とコンデンサーと抵
抗とを具えて構成される水晶発振器において、前記水晶
振動子は屈曲モードで振動する音叉腕と音叉基部から成
る音叉形状の水晶振動子で構成され、前記増幅器はＰチ
ャンネルＭＯＳとＮチャンネルＭＯＳから成るＣＭＯＳ
インバータで構成され、前記音叉形状の音叉腕の中立線
を挟んだ幅方向中央部の上下面に各々少なくとも１個の
溝が長さ方向に設けられ、前記溝の両側面に電極が配置
され、前記溝側面の電極とその電極に対抗する音叉腕側
面の電極とが互いに異極となるように電極を構成し、音
叉腕に生ずる２次慣性モーメントが大きくなるように前
記各々少なくとも１個の溝の内少なくとも１個の溝幅Ｗ
_２と音叉腕幅Ｗとの比（Ｗ_２／Ｗ）が０．３５〜０．９
５で、さらに前記溝の厚みｔ_１と音叉腕の厚みｔとの比
（ｔ_１／ｔ）が０．０１〜０．７９となるように溝が形
成され、前記音叉形状の屈曲水晶振動子は表面実装型あ
るいは円筒型のユニットに収納されていて前記音叉形状
の振動子の基本波モード振動の等価直列抵抗Ｒ_１が２次
高調波モード振動の等価直列抵抗Ｒ_２より小さく、か
つ、基本波モード振動のフイガーオブメリットＭ_１が２
次高調波モード振動のフイガーオブメリットＭ_２より大
きい振動子を具えて前記水晶発振器は構成されると共
に、増幅回路と帰還回路を具えて構成される前記水晶発
振器の増幅回路の基本波モード振動の増幅率α_１と２次
高調波モード振動の増幅率α_２との比が帰還回路の２次
高調波モード振動の帰還率β_２と基本波モード振動の帰
還率β_１との比より大きく、かつ、前記基本波モード振
動の増幅率α_１と前記基本波モード振動の帰還率β_１の
積が１より大きくなるように前記水晶発振器は構成さ
れ、前記音叉形状の振動子から成る前記水晶発振器の出
力信号が基本波モード振動の周波数であることを特徴と
する水晶発振器。1. A crystal oscillator comprising a crystal unit, an amplifier, a capacitor and a resistor, wherein the crystal unit comprises a tuning fork-shaped crystal unit including a tuning fork arm and a tuning fork base that vibrate in a bending mode. The amplifier is a CMOS composed of a P channel MOS and an N channel MOS.
An inverter, wherein at least one groove is provided in the length direction on the upper and lower surfaces of the central portion in the width direction sandwiching the neutral line of the tuning fork arm, and electrodes are arranged on both side surfaces of the groove. The electrodes are formed so that the electrodes on the side surfaces of the groove and the electrodes on the side surfaces of the tuning fork arm opposite to the electrodes have mutually different polarities, and each of the at least one groove is formed so as to increase the secondary moment of inertia generated in the tuning fork arm. At least one groove width W
The ratio between the ₂ and the tuning fork arm width _{W (W} 2 / W) is from 0.35 to 0.9
5, the groove is further formed so that the ratio (t ₁ / t) between the thickness t _{1 of the} groove and the thickness t of the tuning fork arm is 0.01 to 0.79, and the tuning fork-shaped bent crystal oscillator is formed. Is housed in a surface mount type or cylindrical type unit, and the equivalent series resistance R ₁ of the fundamental mode vibration of the tuning fork-shaped oscillator is smaller than the equivalent series resistance R _{2 of the second} harmonic mode vibration, and Wave mode vibration of Figuer of Merit M ₁ is 2
The fundamental oscillator mode vibration of the amplifier circuit of the crystal oscillator, which is configured to include a vibrator larger than the Figger of Merit M ₂ of the second harmonic mode vibration and which includes an amplifier circuit and a feedback circuit. The ratio between the amplification factor α ₁ of the feedback circuit and the amplification factor α ₂ of the second harmonic mode vibration is larger than the ratio of the feedback factor β ₂ of the second harmonic mode vibration of the feedback circuit to the feedback factor β ₁ of the fundamental mode vibration. Further, the crystal oscillator is configured such that the product of the amplification factor α ₁ of the fundamental mode vibration and the feedback factor β ₁ of the fundamental mode vibration is larger than ₁ , and the crystal formed of the tuning fork-shaped oscillator A crystal oscillator, wherein the output signal of the oscillator is the frequency of fundamental mode vibration. 【請求項２】 音叉腕の間隔Ｗ_４が０．０５ｍｍ〜０．
３５ｍｍに成るように間隔を構成し、帰還回路の負荷容
量Ｃ_Ｌが７ｐＦより小さく、前記音叉腕又は前記音叉腕
と前記音叉基部に設けられた溝の長さｌ_１と前記音叉形
状の水晶振動子の全長ｌとの比（ｌ_１／ｌ）が０．２〜
０．７８の範囲内に有り、かつ、増幅回路の基本波モー
ド振動の負性抵抗の絶対値｜−ＲＬ_１｜と基本波モード
振動の等価直列抵抗Ｒ_１との比が増幅回路の２次高調波
モード振動の負性抵抗の絶対値｜−ＲＬ_２｜と２次高調
波モード振動の等価直列抵抗Ｒ_２との比より大きくなる
ように発振器が構成されている事を特徴とする請求項１
に記載の水晶発振器。2. The tuning fork arm interval W ₄ is 0.05 mm to 0.
Configure interval to be 35 mm, the load capacitance C _L of the feedback circuit is smaller than 7 pF, crystal vibration of the tuning fork arms or the fork arm length l ₁ and the tuning fork shape of the groove provided in the fork base The ratio (l ₁ / l) to the total length 1 of the child is 0.2 to
Within the range of 0.78, and the ratio of the absolute value of negative resistance | -RL ₁ | of the fundamental mode vibration of the amplification circuit to the equivalent series resistance R ₁ of the fundamental mode vibration of the amplification circuit is the secondary of the amplification circuit. The oscillator is configured such that it is larger than the ratio of the absolute value of negative resistance | -RL ₂ | of harmonic mode vibration to the equivalent series resistance R _{2 of second} harmonic mode vibration. 1
Crystal oscillator according to.