JP2006325240A - 水晶振動子、水晶ユニット、水晶発振器と情報通信機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 音叉腕と音叉基部とを備えて構成され、音叉腕上下面に溝を設け、これらの溝の側面部に電極を配置し、該電極に対抗して音叉腕側面に極性の異なる電極を配置した音叉型屈曲水晶振動子で、音叉基部は接続部分を介してフレームに接続される。それ故、等価直列抵抗R1が小さく、品質係数Q値が高い、超小型の音叉型屈曲水晶振動子が実現できる。且つ、当該振動子は水晶ユニットに収納され、基本波モード振動のフイガーオブメリットが2次高調波モード振動のフイガーオブメリットより大きくなるように溝と側面に電極が配置され、更に、増幅率と帰還率との関係により、出力信号が基本波モード振動の発振周波数である水晶発振器が高精度で実現できる。
【選択図】図3
Description
本発明の水晶振動子の第2の態様は、第1の態様において、前記音叉基部の第3側面と第4側面の少なくとも一つの側面に接続部分を介して接続されたフレームは、前記音叉基部に接続された第1音叉腕と第2音叉腕と共通の方向に延在している水晶振動子である。
本発明の水晶ユニットの第1の態様は、音叉基部とその音叉基部に接続された一端固定、他端自由の音叉腕を備えて構成され、かつ、音叉腕に溝が設けられ、屈曲モードで振動する音叉型屈曲水晶振動子と、ケースと、蓋とを備えて構成される水晶ユニットであって、前記音叉基部は第1側面とその第1側面に対抗する第2側面と、第1側面と第2側面と異なる第3側面とその第3側面に対抗する第4側面とを少なくとも有し、前記音叉腕は少なくとも第1音叉腕と第2音叉腕からなり、第1音叉腕と第2音叉腕は前記音叉基部の第1側面に接続されていて、第1音叉腕と第2音叉腕の各々は上面とそれに対抗する下面と対抗する側面とを有し、第1音叉腕と第2音叉腕の上面と下面の各々に溝が設けられ、前記溝に第1電極が、対抗する前記側面に第2電極が配置され、第1音叉腕の第1電極は第2音叉腕の第2電極に電気的に接続され、第1音叉腕の第2電極は第2音叉腕の第1電極に電気的に接続されると共に、第1電極と第2電極は、第1音叉腕と第2音叉腕に溝を有する音叉型屈曲水晶振動子の基本波モード振動のフイガーオブメリットM1が、2次高調波モード振動のフイガーオブメリットM2より大きくなるように配置されていて、前記音叉基部の第3側面と第4側面の少なくとも一つの側面に接続部分を介してフレームが接続されている水晶ユニットである。
本発明の水晶ユニットの第2の態様は、第1の態様において、前記音叉基部の第3側面と第4側面の少なくとも一つの側面に接続部分を介して接続されたフレームは、前記音叉基部に接続された第1音叉腕と第2音叉腕と共通の方向に延在していて、前記フレームはケースの固定部に固定されている水晶ユニットである。
本発明の水晶発振器の第1の態様は、少なくとも増幅器を備えて構成される増幅回路と、音叉基部とその音叉基部に接続された一端固定、他端自由の音叉腕を備えて構成され、かつ、音叉腕に溝が設けられ、屈曲モードで振動する音叉型屈曲水晶振動子と、コンデンサとを少なくとも備えて構成される帰還回路からなる水晶発振回路を備えた水晶発振器で、増幅回路と帰還回路からなる前記水晶発振回路の増幅回路の基本波モード振動の負性抵抗の絶対値|−RL1|と基本波モード振動の等価直列抵抗R1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|−RL2|と2次高調波モード振動の等価直列抵抗R2との比より大きくなるように前記水晶発振回路は構成されていて、前記音叉型屈曲水晶振動子を備えて構成された前記水晶発振回路の出力信号が基本波モード振動の発振周波数であって、前記音叉基部は第1側面とその第1側面に対抗する第2側面と、第1側面と第2側面と異なる第3側面とその第3側面に対抗する第4側面とを少なくとも有し、前記音叉腕は少なくとも第1音叉腕と第2音叉腕からなり、第1音叉腕と第2音叉腕は前記音叉基部の第1側面に接続されていて、第1音叉腕と第2音叉腕の各々は上面とそれに対抗する下面と対抗する側面とを有し、第1音叉腕と第2音叉腕の上面と下面の各々に溝が設けられ、前記溝に第1電極が、対抗する前記側面に第2電極が配置され、第1音叉腕の第1電極は第2音叉腕の第2電極に電気的に接続され、第1音叉腕の第2電極は第2音叉腕の第1電極に電気的に接続されると共に、第1電極と第2電極は、第1音叉腕と第2音叉腕に溝を有する音叉型屈曲水晶振動子の基本波モード振動のフイガーオブメリットM1が、2次高調波モード振動のフイガーオブメリットM2より大きくなるように配置されていて、前記音叉基部の第3側面と第4側面の少なくとも一つの側面に接続部分を介してフレームが接続されている水晶発振器である。
本発明の情報通信機器の第1の態様は、少なくとも増幅器を備えて構成される増幅回路と、音叉基部とその音叉基部に接続された一端固定、他端自由の音叉腕を備えて構成され、かつ、音叉腕に溝が設けられ、屈曲モードで振動する音叉型屈曲水晶振動子と、コンデンサとを少なくとも備えて構成される帰還回路からなる水晶発振回路を備えた水晶発振器を備えて構成される情報通信機器で、増幅回路と帰還回路からなる前記水晶発振回路の増幅回路の基本波モード振動の負性抵抗の絶対値|−RL1|と基本波モード振動の等価直列抵抗R1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|−RL2|と2次高調波モード振動の等価直列抵抗R2との比より大きくなるように前記水晶発振回路は構成されていて、前記音叉型屈曲水晶振動子を備えて構成された前記水晶発振回路の出力信号が基本波モード振動の発振周波数で、前記出力信号は情報通信機器用の規準信号源であって、前記音叉基部は第1側面とその第1側面に対抗する第2側面と、第1側面と第2側面と異なる第3側面とその第3側面に対抗する第4側面とを少なくとも有し、前記音叉腕は少なくとも第1音叉腕と第2音叉腕からなり、第1音叉腕と第2音叉腕は前記音叉基部の第1側面に接続されていて、第1音叉腕と第2音叉腕の各々は上面とそれに対抗する下面と対抗する側面とを有し、第1音叉腕と第2音叉腕の上面と下面の各々に溝が設けられ、前記溝に第1電極が、対抗する前記側面に第2電極が配置され、第1音叉腕の第1電極は第2音叉腕の第2電極に電気的に接続され、第1音叉腕の第2電極は第2音叉腕の第1電極に電気的に接続されると共に、第1電極と第2電極は、第1音叉腕と第2音叉腕に溝を有する音叉型屈曲水晶振動子の基本波モード振動のフイガーオブメリットM1が、2次高調波モード振動のフイガーオブメリットM2より大きくなるように配置されていて、前記音叉基部の第3側面と第4側面の少なくとも一つの側面に接続部分を介してフレームが接続されている情報通信機器である。
W3となるように形成される。又、溝幅W2はW2≧W1,W3を満足する条件で形成される。更に具体的に述べると、本実施例では、溝幅W2と振動腕幅Wとの比(W2/W)が0.35より大きく、1より小さくなるように、好ましくは、0.35〜0.95で、図2で示すように、溝の厚みt1と振動腕の厚みtとの比(t1/t)が0.79より小さくなるように、好ましくは、0.01〜0.79となるように溝が振動(音叉)腕に形成されている。このように形成することにより、振動腕の中立線41と42を基点とする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R1の小さい、Q値の高い、しかも、容量比の小さい屈曲水晶振動子を得る事ができる。
mm以下に、好ましくは、0.15mm〜0.53mmの範囲内にある。また、フレームの幅W6は0.45mm以下に、フレームの長さL3は2.1mm以下に、振動の漏れを低減するために、好ましくは、L3は0.3mm〜1.85mmの範囲内にある。また、接続部分の幅Wsは0.41mm以下に、接続部分の長さが最小となる長さL2は0.04mm〜0.5mmの範囲内にある。更に、基本波モードで振動する良好な音叉型屈曲水晶振動子を得るためには、溝の長さL0と全長Ltとの間には密接な関係が存在する。
は小型化を図るために、0.5mm未満の寸法を有する。好ましくは、0.015mm〜0.45mmの範囲内にある。同時に、L1とL2の差、即ち、L1−L2は−0.1mm〜0.32mmの範囲内にある。特に、WH>W5のとき、長さL4は0.012mm〜0.38mmの範囲内にある。本実施例では、フレーム36とフレーム37は接続されていないが、音叉先端部付近を通過するように両フレームを接続しても良い。即ち、本発明は前記形状をも包含する。また、本実施例では、フレームは基部の側面から接続部分を介して設けられているが、本発明はこれに限定されるものでなく、振動腕(音叉腕)の間に基部から突出するようにフレームを設けても良い。更に、本実施例では、振動腕に溝を設け、その中に電極を配置しているが、本発明はこれに限定されるものでなく、溝を設けない(平面)で、振動腕の上下面にそれぞれの溝の電極と極性が同じ電極を配置しても良い。これらのことは以下に述べる実施例の屈曲水晶振動子にも適用できることは言うまでもない。
内にあるときには、Q1<Q2の関係が得られる場合がある。
trは水晶発振回路の出力の最大出力電圧の80%に達する時間を言う。また、Lm1は音叉形状の屈曲水晶振動子の基本波モード振動での電気的等価回路の等価インダクタンスで
きくしないで、trを短くするために本発明の振動子の基本波モード振動(基準周波数が32.768kHz)での等価インダクタンスLm1は12kHより小さく、好ましくは、10.9kH以下にある。上記各実施例の音叉形状の屈曲水晶振動子の基本波モード振動での基準周波数として32.768kHzが用いられるが、本発明はこの周波数に限定されるものでなく、10kHz〜200kHzの基準周波数に適用される。
W4、W5、W6 音叉腕の間隔、音叉腕の全幅、フレームの幅
L0、L1 溝の長さ、音叉基部の長さ
L2、L3 接続部分の長さ、フレームの長さ
Lt 音叉の全長
Claims (6)
- 音叉基部とその音叉基部に接続された一端固定、他端自由の音叉腕を備えて構成され、かつ、音叉腕に溝が設けられ、屈曲モードで振動する音叉型屈曲水晶振動子において、前記音叉基部は第1側面とその第1側面に対抗する第2側面と、第1側面と第2側面と異なる第3側面とその第3側面に対抗する第4側面とを少なくとも有し、前記音叉腕は少なくとも第1音叉腕と第2音叉腕からなり、第1音叉腕と第2音叉腕は前記音叉基部の第1側面に接続されていて、第1音叉腕と第2音叉腕の各々は上面とそれに対抗する下面と対抗する側面とを有し、第1音叉腕と第2音叉腕の上面と下面の各々に溝が設けられ、前記溝に第1電極が、対抗する前記側面に第2電極が配置され、第1音叉腕の第1電極は第2音叉腕の第2電極に電気的に接続され、第1音叉腕の第2電極は第2音叉腕の第1電極に電気的に接続されると共に、第1電極と第2電極は、第1音叉腕と第2音叉腕に溝を有する音叉型屈曲水晶振動子の基本波モード振動のフイガーオブメリットM1が、2次高調波モード振動のフイガーオブメリットM2より大きくなるように配置されていて、前記音叉基部の第3側面と第4側面の少なくとも一つの側面に接続部分を介してフレームが接続されていることを特徴とする水晶振動子。
- 請求項1において、前記音叉基部の第3側面と第4側面の少なくとも一つの側面に接続部分を介して接続されたフレームは、前記音叉基部に接続された第1音叉腕と第2音叉腕と共通の方向に延在していることを特徴とする水晶振動子。
- 音叉基部とその音叉基部に接続された一端固定、他端自由の音叉腕を備えて構成され、かつ、音叉腕に溝が設けられ、屈曲モードで振動する音叉型屈曲水晶振動子と、ケースと、蓋とを備えて構成される水晶ユニットであって、前記音叉基部は第1側面とその第1側面に対抗する第2側面と、第1側面と第2側面と異なる第3側面とその第3側面に対抗する第4側面とを少なくとも有し、前記音叉腕は少なくとも第1音叉腕と第2音叉腕からなり、第1音叉腕と第2音叉腕は前記音叉基部の第1側面に接続されていて、第1音叉腕と第2音叉腕の各々は上面とそれに対抗する下面と対抗する側面とを有し、第1音叉腕と第2音叉腕の上面と下面の各々に溝が設けられ、前記溝に第1電極が、対抗する前記側面に第2電極が配置され、第1音叉腕の第1電極は第2音叉腕の第2電極に電気的に接続され、第1音叉腕の第2電極は第2音叉腕の第1電極に電気的に接続されると共に、第1電極と第2電極は、第1音叉腕と第2音叉腕に溝を有する音叉型屈曲水晶振動子の基本波モード振動のフイガーオブメリットM1が、2次高調波モード振動のフイガーオブメリットM2より大きくなるように配置されていて、前記音叉基部の第3側面と第4側面の少なくとも一つの側面に接続部分を介してフレームが接続されていることを特徴とする水晶ユニット。
- 請求項3において、前記音叉基部の第3側面と第4側面の少なくとも一つの側面に接続部分を介して接続されたフレームは、前記音叉基部に接続された第1音叉腕と第2音叉腕と共通の方向に延在していて、前記フレームはケースの固定部に固定されていることを特徴とする水晶ユニット。
- 少なくとも増幅器を備えて構成される増幅回路と、音叉基部とその音叉基部に接続された一端固定、他端自由の音叉腕を備えて構成され、かつ、音叉腕に溝が設けられ、屈曲モードで振動する音叉型屈曲水晶振動子と、コンデンサとを少なくとも備えて構成される帰還回路からなる水晶発振回路を備えた水晶発振器で、増幅回路と帰還回路からなる前記水晶発振回路の増幅回路の基本波モード振動の負性抵抗の絶対値|−RL1|と基本波モード振動の等価直列抵抗R1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|−RL2|と2次高調波モード振動の等価直列抵抗R2との比より大きくなるように前記水晶発振回路は構成されていて、前記音叉型屈曲水晶振動子を備えて構成された前記水晶発振回路の出力信号が基本波モード振動の発振周波数であって、前記音叉基部は第1側面とその第1側面に対抗する第2側面と、第1側面と第2側面と異なる第3側面とその第3側面に対抗する第4側面とを少なくとも有し、前記音叉腕は少なくとも第1音叉腕と第2音叉腕からなり、第1音叉腕と第2音叉腕は前記音叉基部の第1側面に接続されていて、第1音叉腕と第2音叉腕の各々は上面とそれに対抗する下面と対抗する側面とを有し、第1音叉腕と第2音叉腕の上面と下面の各々に溝が設けられ、前記溝に第1電極が、対抗する前記側面に第2電極が配置され、第1音叉腕の第1電極は第2音叉腕の第2電極に電気的に接続され、第1音叉腕の第2電極は第2音叉腕の第1電極に電気的に接続されると共に、第1電極と第2電極は、第1音叉腕と第2音叉腕に溝を有する音叉型屈曲水晶振動子の基本波モード振動のフイガーオブメリットM1が、2次高調波モード振動のフイガーオブメリットM2より大きくなるように配置されていて、前記音叉基部の第3側面と第4側面の少なくとも一つの側面に接続部分を介してフレームが接続されていることを特徴とする水晶発振器。
- 少なくとも増幅器を備えて構成される増幅回路と、音叉基部とその音叉基部に接続された一端固定、他端自由の音叉腕を備えて構成され、かつ、音叉腕に溝が設けられ、屈曲モードで振動する音叉型屈曲水晶振動子と、コンデンサとを少なくとも備えて構成される帰還回路からなる水晶発振回路を備えた水晶発振器を備えて構成される情報通信機器で、増幅回路と帰還回路からなる前記水晶発振回路の増幅回路の基本波モード振動の負性抵抗の絶対値|−RL1|と基本波モード振動の等価直列抵抗R1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|−RL2|と2次高調波モード振動の等価直列抵抗R2との比より大きくなるように前記水晶発振回路は構成されていて、前記音叉型屈曲水晶振動子を備えて構成された前記水晶発振回路の出力信号が基本波モード振動の発振周波数で、前記出力信号は情報通信機器用の規準信号源であって、前記音叉基部は第1側面とその第1側面に対抗する第2側面と、第1側面と第2側面と異なる第3側面とその第3側面に対抗する第4側面とを少なくとも有し、前記音叉腕は少なくとも第1音叉腕と第2音叉腕からなり、第1音叉腕と第2音叉腕は前記音叉基部の第1側面に接続されていて、第1音叉腕と第2音叉腕の各々は上面とそれに対抗する下面と対抗する側面とを有し、第1音叉腕と第2音叉腕の上面と下面の各々に溝が設けられ、前記溝に第1電極が、対抗する前記側面に第2電極が配置され、第1音叉腕の第1電極は第2音叉腕の第2電極に電気的に接続され、第1音叉腕の第2電極は第2音叉腕の第1電極に電気的に接続されると共に、第1電極と第2電極は、第1音叉腕と第2音叉腕に溝を有する音叉型屈曲水晶振動子の基本波モード振動のフイガーオブメリットM1が、2次高調波モード振動のフイガーオブメリットM2より大きくなるように配置されていて、前記音叉基部の第3側面と第4側面の少なくとも一つの側面に接続部分を介してフレームが接続されていることを特徴とする情報通信機器。
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