JP4516021B2 - Ｓｃカット水晶振動子 - Google Patents

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Description

本発明は、ＳＣカットの水晶振動子に係わり、とくに良好な振動特性を得ることのできる形状をもつＳＣカットの水晶振動子に関する。
従来、２回回転水晶振動子として、例えば第３図に示すように、水晶の結晶のＹ軸に直交する面をＸ軸を中心にして約３３°回転し、さらにこの回転した位置からＺ軸を中心にして約２２°回転した面から切り出した水晶片１に電極を形成したＳＣカットの水晶振動子が知られている（例えば日本国特開平１１−１７７３７６号参照）。
このＳＣカットの水晶振動子は、ＡＴカットと同様の三次曲線状の温度特性を有し、かつその変極点が９４℃付近にあり、いわゆる水晶振動子が温度制御されている恒温槽型の水晶発振器の水晶振動子として用いられている。
しかしながら、ＳＣカットの水晶振動子は、第４図に示すように、主振動であるＣモードの共振（第４図で記号Ｃで示す）の近傍で、かつ、その高域側にＢモード（Ｂで示す）及びＡモード（Ａで示す）の副振動を生じる。
ここでＡモードの振動の等価抵抗（以下「ＣＩ」と略称する）の値は、ＣモードのＣＩよりも大きいために発振器としては信号とした出力され難く、そのため格別水晶振動子では問題とはならない。
これに対してＢモードの振動のＣＩは、ＣモードのＣＩに等しいか、場合によってはそれよりも小さいこともあり、しかも周波数もＣモードの約１．０９倍に位置し互いに近接している。このため、実際に発振器を製作すると往々にして副振動であるＢモードで発振してしまうことがある。
したがって、ＳＣカットの水晶振動子を用いる場合は、Ｃモードの振動を確実に励振するためにＢモードの振動を抑圧することができるように、ＢモードのＣＩをＣモードのＣＩよりも大きくしておく必要がある。このため水晶片の板面に不要振動を抑圧する質量を付加したり、あるいは、その保持位置を工夫することにより、Ｂモードの振動を抑圧することが行われている。
しかしながら、十分にＢモードの振動を抑圧するためには試行錯誤を繰り返す必要があり手間がかかり、しかもその再現性が非常に乏しかった。
本発明のＳＣカットの水晶振動子は、このような従来のＳＣカットの水晶振動子のもつ問題点を鑑みてなされたもので、水晶片の外形形状を特殊な形状にカットし加工することによって、確実に、かつ再現性よくＢモードによる共振を抑圧することができる、ＳＣカットの水晶振動子を提供することを目的とする。
本発明のＳＣカット水晶振動子は、水晶の結晶のＹ軸に直交する面をＸ軸を中心にして約３３°〜３５°回転し、この回転した位置からＺ軸を中心にして２２°〜２４°回転した面から切り出したＸ’軸方向に細長い短冊形の水晶片のＺ’軸に直交する端面をＸ’軸を中心にして＋７°〜＋１３°または−７°〜−１３°回転した方向へ傾けたことを特徴とする。また、該傾け角を−９°〜−１１°または＋９°〜＋１１°であることを特徴とするＳＣカットの水晶振動子である。
本発明のＳＣカット水晶振動子は、短冊形のＳＣカット水晶片の長手方向の端面を傾けるように加工したので、本発明Ｂモードの振動を抑圧でき、しかも形状を小型化しても変極点温度の変化を生じることもない。したがって、発振器の設計、製造が容易で、良好な発振特性を得られ、かつ、コストも安価なＳＣカットの水晶振動子を提供することができる。
第１図は本発明のＳＣカットの水晶板の切断角度を示す斜視図である。
第２図は第１図に示す水晶板から切り出した水晶片の斜視図である。
第３図は従来のＳＣカットの水晶板の切断角度を示す斜視図である。
第４図は従来のＳＣカットの水晶振動子の共振特性を示すグラフである。
以下本発明のＳＣカットの水晶振動子の一実施形態を添付した図面を参照して説明する。
第１図は、本発明のＳＣカットの水晶振動子に用いる水晶片１の切断角度を示す斜視図である。
すなわち、ここでは水晶の結晶のＹ軸に直交する面をＸ軸を回転中心にして３３°〜３５°回転し、この回転した位置からＺ軸を回転中心にして２２°〜２４°回転する。
このような２回回転を行うと、第１図においてＹ軸に直交するＸ−Ｚ面は、Ｚ’−Ｘ’面となる。なお上述のように、Ｘ軸を回転中心として３３°〜３５°回転し、この回転した位置からＺ軸を回転中心にして２２°〜２４°回転した場合、いわゆるＳＣカットの水晶振動子として励振することができる。
そしてＺ’−Ｘ’面の水晶板から、第２図に示すように、Ｘ’軸方向に細長い短冊形の水晶片１を切り出す。そして、この水晶片１の長手方向の端面、すなわちＺ’軸に直交する端面（Ｘ’−Ｙ’面）に傾け加工を行う。
この端面を傾ける角度は、Ｘ’軸を中心にして＋７°〜＋１３°または−７°〜−１３°回転した方向へ傾けるようにし、このようにして傾けた水晶片１の端面はＸ’−Ｙ”面となる。
端面を傾ける角度が＋７°〜＋１３°または−７°〜−１３°において、良好なＢモードの抑圧効果が得られる。より好ましくは、この傾ける角度は±９°〜±１１°である。
なお、このような水晶片から水晶振動子を製作する場合は、水晶片の板面に対面して一対の励振電極を形成する。そして水晶片を所定容器に収納して適当な保持手段で保持し、かつ励振電極を外部へ導出して水晶振動子を構成する。
このように水晶片の外形形状をカット加工することによって、輪郭滑り振動を抑圧することができる。とくに有害な副振動であるＢモードの振動は、輪郭滑り振動系の振動であるが、本発明のＳＣカットの水晶振動子では、Ｂモードの振動を抑圧でき、主振動であるＣモードの振動を確実に励振することができる。
すなわちＸ’軸方向に細長い短冊形のＳＣカットをした水晶片において、Ｚ’軸に直交する端面を−１０°傾けたものでは、該端面を傾けていない水晶片に比してＢモードのＣＩは約５０％増加し、他方Ｂモードの振動は著しく抑圧される。
したがって、従来、ＳＣカットの水晶振動子を使用する場合に最大の障害となっていた有害なＢモードの振動を確実に抑圧でき、特殊な加工、特別な発振回路を用いることなく有用な発振器を得ることができるようになる。
さらにＳＣカットの水晶振動子の変極点温度９４°は、水晶片を小型化した場合に、高温側へ変位する現象を提し、このため発振器を組み立てる場合に、恒温槽の設定温度の設定を難しくしていた。しかしながら、第２図に示すような端面を傾けた本発明の水晶片を用いると、水晶片の形状を小型化しても、水晶振動子の変極点温度は９４°に保たれていて高温側へ変位しないようになる。
以上のように、本発明のＳＣカットの水晶振動子は、恒温槽型の水晶発振器の水晶振動子として有用であり、とくに、Ｂモードの振動を押圧してＣモードの振動を確実に励振できる水晶発振器に用いるのに適している。

Claims (2)

  1. 水晶の結晶のＹ軸に直交する面をＸ軸を中心にして３３°〜３５°回転し、この回転した位置からＺ軸を中心にして２２°〜２４°回転した面から切り出してＸ’軸方向に細長い短冊形の水晶片を形成し、該水晶片のＺ’軸に直交する端面をＸ’軸を中心にして＋７°〜＋１３°回転した方向へ傾けた傾け角をもつことを特徴とするＳＣカット水晶振動子。
  2. 水晶の結晶のＹ軸に直交する面をＸ軸を中心にして３３°〜３５°回転し、この回転した位置からＺ軸を中心にして２２°〜２４°回転した面から切り出してＸ’軸方向に細長い短冊形の水晶片を形成し、該水晶片のＺ’軸に直交する端面をＸ’軸を中心にして−７°〜−１３°回転した方向へ傾けた傾け角をもつことを特徴とするＳＣカット水晶振動子。
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