JPS6246091B2 - - Google Patents
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- JPS6246091B2 JPS6246091B2 JP53085869A JP8586978A JPS6246091B2 JP S6246091 B2 JPS6246091 B2 JP S6246091B2 JP 53085869 A JP53085869 A JP 53085869A JP 8586978 A JP8586978 A JP 8586978A JP S6246091 B2 JPS6246091 B2 JP S6246091B2
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- electrodes
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H9/21—Crystal tuning forks
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/46—Filters
- H03H9/54—Filters comprising resonators of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H9/56—Monolithic crystal filters
- H03H9/566—Electric coupling means therefor
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、音叉型水晶振動子の電極構造に関す
るものである。
るものである。
本発明の主な目的は、屈曲モードの２次高調波
を使用する音叉型水晶振動子を提供するものであ
る。このような音叉型水晶振動子は、例えば電子
腕時計に用いられるような小型の水晶振動子を実
現するものである。また、本発明の他の目的は、
電子腕時計の高精度化を実現することである。従
来、電子腕時計用振動子として第１図に示すよう
な音叉型水晶振動子が用いられていた。第１図Ａ
は切り出し角度を示し、Ｚ板をＸ軸を中心に０度
〜15度回転させた水晶板１からエツチング加工に
より音叉型に形成される。第１図Ｂは電解構造を
示す平面図、第１図Ｃは第１図Ｂに於るＸ−
X′線に沿つた断面図である。そして現在主流に
なつているのは周波数が32キロヘルツの振動子で
あるが、この振動子を腕時計に用いる場合、第２
図に示すようなCMOS３を使つた発振回路を用い
て所望の発振周波数を得るためには、振動子２自
体の共振周波数をあらかじめかなり厳密に合わせ
込んでおく必要がある。なぜならば、腕時計用の
小型振動子の場合回路側の負荷容量を変えて周波
数を調整出来る範囲は約30×10-6と非常に狭いか
らである。そして、この周波数調整作業が非常に
面倒であり、さらに歩留りの低下もさけられなか
つた。そこで最近、論理的な緩急手段、すなわち
発振周波数を分周して、所望の周期の計時信号を
得る際に、分周回路の分周比を変えるという試み
がなされているが、周波数が32キロヘルツの場合
１ヘツルツの分解能が30×10-6と大きく論理的緩
急手段を用いても前述の欠点を解決することは出
来なかつた。従つて論理的な緩急手段を用いて効
果を上げるためには、周波数を上昇させれば良い
のであるが、音叉型振動子の共振周波数ｆは、振
動腕の長さをｌ、巾をＷとすれば、 ｆ∝Ｗ／l2 となることが知られているので、形状の大型化を
しないで周波数を上昇させるためには、長さｌを
短かくする必要がある。例えば振動腕の長さを半
分にすれば周波数は４倍になるのであるが、水晶
をエツチング加工すると必ず第３図に示すような
エツチング残り４ａがさけられない。そして、こ
のエツチング残りは非常に薄いものであり、特に
股部近傍に於ては応力集中がさけられない。従つ
て、振動腕の長さｌを短かくすると、エツチング
残りの割合が大きくなり、長期信頼性の低下等が
まぬがれない。
を使用する音叉型水晶振動子を提供するものであ
る。このような音叉型水晶振動子は、例えば電子
腕時計に用いられるような小型の水晶振動子を実
現するものである。また、本発明の他の目的は、
電子腕時計の高精度化を実現することである。従
来、電子腕時計用振動子として第１図に示すよう
な音叉型水晶振動子が用いられていた。第１図Ａ
は切り出し角度を示し、Ｚ板をＸ軸を中心に０度
〜15度回転させた水晶板１からエツチング加工に
より音叉型に形成される。第１図Ｂは電解構造を
示す平面図、第１図Ｃは第１図Ｂに於るＸ−
X′線に沿つた断面図である。そして現在主流に
なつているのは周波数が32キロヘルツの振動子で
あるが、この振動子を腕時計に用いる場合、第２
図に示すようなCMOS３を使つた発振回路を用い
て所望の発振周波数を得るためには、振動子２自
体の共振周波数をあらかじめかなり厳密に合わせ
込んでおく必要がある。なぜならば、腕時計用の
小型振動子の場合回路側の負荷容量を変えて周波
数を調整出来る範囲は約30×10-6と非常に狭いか
らである。そして、この周波数調整作業が非常に
面倒であり、さらに歩留りの低下もさけられなか
つた。そこで最近、論理的な緩急手段、すなわち
発振周波数を分周して、所望の周期の計時信号を
得る際に、分周回路の分周比を変えるという試み
がなされているが、周波数が32キロヘルツの場合
１ヘツルツの分解能が30×10-6と大きく論理的緩
急手段を用いても前述の欠点を解決することは出
来なかつた。従つて論理的な緩急手段を用いて効
果を上げるためには、周波数を上昇させれば良い
のであるが、音叉型振動子の共振周波数ｆは、振
動腕の長さをｌ、巾をＷとすれば、 ｆ∝Ｗ／l2 となることが知られているので、形状の大型化を
しないで周波数を上昇させるためには、長さｌを
短かくする必要がある。例えば振動腕の長さを半
分にすれば周波数は４倍になるのであるが、水晶
をエツチング加工すると必ず第３図に示すような
エツチング残り４ａがさけられない。そして、こ
のエツチング残りは非常に薄いものであり、特に
股部近傍に於ては応力集中がさけられない。従つ
て、振動腕の長さｌを短かくすると、エツチング
残りの割合が大きくなり、長期信頼性の低下等が
まぬがれない。
また、近年２個の音叉型水晶振動子を用いて周
波数−温度特性を改善し、腕時計の高精度化を実
現しようという試みがなされている。その１つは
第４図Ｂのように２個の振動子５，６を並列接続
して、第４図Ａの曲線７のような周波数−温度特
性を得るものである。曲線５ａ，６ａは各々振動
子５，６単体の周波数−温度特性である。ここ
で、高温側の頂点温度ＴOHは従来の振動子では40
℃が上限であり、さらに広い範囲で良い温度特性
を得るためにはＴOHを上昇させる必要がある。も
う一つの方法は、第５図Ｂに示すように、２個の
振動子８９を別々の発振回路１３，１４に接続し
て、各々の周波数f1′，f2の差△ｆを引き算回路１
５で作り出し、△ｆから演算回路１６で、Ｋ×
（△ｆ）２を作り出す。この時Ｋ×（△ｆ）２は第
５図Ａに示す振動子８の周波数−温度特性８ａと
対称な温度特性１１を持ようにＫが選ばれる。そ
して、周波数f1とＫ×（△ｆ）２を分周回路１７
に於て論理的に加算され、出力信号は温度の変化
に対して周期の変動が少ない。すなわち等価的に
第５図Ａ曲線１２に示すような周波数−温度特性
が得られるのである。しかし、この場合も論理的
な処理をするので前述のような１ヘルツの分解能
が大きいことは、高精度化をはかる上でかなり大
きな欠点となつていた。さらに、小型化に伴ない
Ｑ値の減少がさけられず、第１図に示すような振
動子に於てはＱ≒10万程度であり、高精度化を実
現するためにＱの上昇が望まれていた。
波数−温度特性を改善し、腕時計の高精度化を実
現しようという試みがなされている。その１つは
第４図Ｂのように２個の振動子５，６を並列接続
して、第４図Ａの曲線７のような周波数−温度特
性を得るものである。曲線５ａ，６ａは各々振動
子５，６単体の周波数−温度特性である。ここ
で、高温側の頂点温度ＴOHは従来の振動子では40
℃が上限であり、さらに広い範囲で良い温度特性
を得るためにはＴOHを上昇させる必要がある。も
う一つの方法は、第５図Ｂに示すように、２個の
振動子８９を別々の発振回路１３，１４に接続し
て、各々の周波数f1′，f2の差△ｆを引き算回路１
５で作り出し、△ｆから演算回路１６で、Ｋ×
（△ｆ）２を作り出す。この時Ｋ×（△ｆ）２は第
５図Ａに示す振動子８の周波数−温度特性８ａと
対称な温度特性１１を持ようにＫが選ばれる。そ
して、周波数f1とＫ×（△ｆ）２を分周回路１７
に於て論理的に加算され、出力信号は温度の変化
に対して周期の変動が少ない。すなわち等価的に
第５図Ａ曲線１２に示すような周波数−温度特性
が得られるのである。しかし、この場合も論理的
な処理をするので前述のような１ヘルツの分解能
が大きいことは、高精度化をはかる上でかなり大
きな欠点となつていた。さらに、小型化に伴ない
Ｑ値の減少がさけられず、第１図に示すような振
動子に於てはＱ≒10万程度であり、高精度化を実
現するためにＱの上昇が望まれていた。
そこで、本発明は以上の欠点を解決するため、
現在の振動子とほぼ同一形状、大きさの振動子を
用いて、高い共振周波数と、高いＱ値と高い頂点
温度を得ることを目的とするものである。
現在の振動子とほぼ同一形状、大きさの振動子を
用いて、高い共振周波数と、高いＱ値と高い頂点
温度を得ることを目的とするものである。
以下、図面とともに本発明について説明してい
く。第６図Ａ，Ｂに本発明の実施例を示す。第６
図Ａは一方の面（ここでは表面と呼ぶ）を示し、
第６図Ｂは他方の面（ここでは裏面と呼ぶ）を示
す。また振動腕の長さをｌとすると、振動腕の先
端から0.6l〜0.85lの部分（以下電気的節部と呼
ぶ）を境に先端側と基部側とに分ける。すなわち
一方の振動腕１８ａに関しては１８ａ−１が先端
側、１８ａ−２が基部側であり、他方の振動腕１
８ｂに関しては、１８ｂ−１が先端側、１８ｂ−
２が基部側となる。まず表面について説明すると
一方の振動腕１８ａの先端側の周縁電極１９ａは
巾方向に沿つて先端部に配置された電極１９aaに
よつて接続され、さらに基部側の中央電極１９ｂ
と電気的節部に配置された電極１９abによつて
接続される。また基部側の周縁電極１９ｄは巾方
向に沿つて基部に配置された電極１９ddによつ
て接続され、さらに先端側の中央電極１９ｃと、
電気的節部に配置された電極１９cdによつて接
続される。他方の振動腕１８ｂについて言えば、
先端側の周縁電極１９ｅは巾方向に沿つて先端部
に配置された１９eeによつて接続され、さらに基
部側の中央電極１９ｆと電気的節部に配置された
電極１９efによつて接続される。また基部側の周
縁電極ｈのうち内側の電極は表面内ではどこにも
接続されず、外側の電極は先端側の中央電極１９
ｇと電気的節部に配置された１９ghによつて接
続される。そして、振動腕１８ａの基部側周縁電
極１９ｄと、振動腕１８ｂの基部側中央電極１９
ｆは基部に配置された電極１９dfにより接続され
る次に裏面について説明すると一方の振動腕１８
ａの先端側の周縁電極１９ｍは巾方向に沿つて先
端部に配置された電極１９mmによつて接続さ
れ、さらに基部側の中央電極１９ｎと、電気的節
部に配置された電極１９mnによつて接続され
る。また基部側の周縁電極１９ｐのうち内側の電
極はどこにも接続されず、外側の電極は先端側の
中央電極１９と、電気的節部に配置された電極
１９ｐによつて接続される。他方の振動腕１８
ｂについて言えば、先端側の周縁電極１９ｉは、
巾方向に沿つて先端部に配置された電極１９iiに
よつて接続され、さらに基部側の中央電極１９ｉ
と、電気的節部に配置された電極１９ijによつて
接続される。また基部側の周縁電極１９ｌは、巾
方向に沿つて基部に配置された電極１９llによつ
て接続され、さらに先端側中央電極１９ｋと、電
気的節部に配置された電極１９klによつて接続さ
れる。そして振動腕１８ａの基部側中央電極１９
ｎと振動腕１８ｂの基部側周縁電極１９ｌは基部
に配置された電極１９lnにより接続されるさら
に、一方の振動腕１８ａの先端側周縁電極１９ａ
と１９ｍは側面に配置された電極１９amにより
表裏の接続がなされる。同様に他方の振動腕１８
ｂの先端側周縁電極１９ｅと１９ｉは側面に配置
された電極１９eiによつて表裏の接続がなされ
る。このとき、１９am，１９eiは表面から見て
各々左側、右側に配置される図になつているが、
これは右側に配置される図になつているが、これ
は右側でも左側でもよい。さらに振動腕１８ａの
基部側周縁電極１９ｄの内側電極１９ｐの内側電
極は側面に配置された電極１９dp−１により接
続される。この側面電極１９dp−１により裏面
の基部側周縁電極１９ｐの内側の電極は、はじめ
て他の電極と接続される。同様に、振動腕１８ｂ
の基部側周縁電極１９ｈの内側電極と１９ｌの内
側電極は側面に配置された電極１９hl−１によつ
て接続される。また振動腕１８ａの基部側周縁電
極１９ｄの外側電極と１９ｐの外側電極は、側面
に配置された電極１９pd−２によつて接続され
る。同様に振動腕１８ｂの基部側周縁電極１９ｈ
の外側電極と１９ｌの外側電極は、側面に配置さ
れた電極１９hl−２により接続される。以上の電
極配置により、第６図Ａ，Ｂの斜線電極すなわ
ち、１９ａ，１９ｂ，１９ｇ，１９ｈ，１９ｋ，
１９ｌ，１９ｍ，１９ｎが一方の電極となる。こ
れを電極１とする。さらに点々電極すなわち、１
９ｃ，１９ｄ，１９ｅ，１９ｆ，１９ｉ，１９
，１９ｐが他方の電極となる。これを電極２と
する。これを言いかえると、一方の振動腕の先端
側周縁部に配置された電極と、同じ振動腕の基部
側中央部に配置された電極と、他方の振動腕の先
端中央部に配置された電極と、他方の振動腕の基
部側周縁部に配置された電極が電気的に接続され
ているということであり、基本的には、このこと
を満足していれば良いのである。第６図Ｃ，Ｄに
断面図を示す。第６図Ｃは第６図Ａに於るＸ−
X′線に沿つた断面図であり、第６図Ｄは第６図
Ａに於るＹ−Y′線に沿つた断面図である。第６
図Ｃ，Ｄ中矢印は、前記電極１に、電極２よりも
高い電圧を印加したときの電界方向を示してい
る。第６図Ｃ，Ｄから判かるように同じ振動腕に
ついてみれば、電気的節部を境にしてその先端側
と基部側とでは電界方向がＸ軸に関して逆になつ
ていることがわかるであろう。そうすると振動子
１８は２次高調波で励振されるのである。なぜな
らば音叉型振動子の各々の振動腕は片持ちばりに
近似でき、その２次高調波モードの応力分布を求
めると第７図曲線２０に示すように、先端からｌ
×≒0.774×ｌの部分を境に、応力の符号が反転
するという事実から説明出来る。そして、応力が
ゼロになる部部分の近傍で電界を反転させること
が必要なのであるから電界方向を反転させるのは
先端から0.6l〜0.85l程度に選べばよい。ここで音
叉型振動子の共振周波数ｆは次のように表わされ
る ここで、S′22，S′44は弾性係数、また常数ｒは
次の式により決定される。
く。第６図Ａ，Ｂに本発明の実施例を示す。第６
図Ａは一方の面（ここでは表面と呼ぶ）を示し、
第６図Ｂは他方の面（ここでは裏面と呼ぶ）を示
す。また振動腕の長さをｌとすると、振動腕の先
端から0.6l〜0.85lの部分（以下電気的節部と呼
ぶ）を境に先端側と基部側とに分ける。すなわち
一方の振動腕１８ａに関しては１８ａ−１が先端
側、１８ａ−２が基部側であり、他方の振動腕１
８ｂに関しては、１８ｂ−１が先端側、１８ｂ−
２が基部側となる。まず表面について説明すると
一方の振動腕１８ａの先端側の周縁電極１９ａは
巾方向に沿つて先端部に配置された電極１９aaに
よつて接続され、さらに基部側の中央電極１９ｂ
と電気的節部に配置された電極１９abによつて
接続される。また基部側の周縁電極１９ｄは巾方
向に沿つて基部に配置された電極１９ddによつ
て接続され、さらに先端側の中央電極１９ｃと、
電気的節部に配置された電極１９cdによつて接
続される。他方の振動腕１８ｂについて言えば、
先端側の周縁電極１９ｅは巾方向に沿つて先端部
に配置された１９eeによつて接続され、さらに基
部側の中央電極１９ｆと電気的節部に配置された
電極１９efによつて接続される。また基部側の周
縁電極ｈのうち内側の電極は表面内ではどこにも
接続されず、外側の電極は先端側の中央電極１９
ｇと電気的節部に配置された１９ghによつて接
続される。そして、振動腕１８ａの基部側周縁電
極１９ｄと、振動腕１８ｂの基部側中央電極１９
ｆは基部に配置された電極１９dfにより接続され
る次に裏面について説明すると一方の振動腕１８
ａの先端側の周縁電極１９ｍは巾方向に沿つて先
端部に配置された電極１９mmによつて接続さ
れ、さらに基部側の中央電極１９ｎと、電気的節
部に配置された電極１９mnによつて接続され
る。また基部側の周縁電極１９ｐのうち内側の電
極はどこにも接続されず、外側の電極は先端側の
中央電極１９と、電気的節部に配置された電極
１９ｐによつて接続される。他方の振動腕１８
ｂについて言えば、先端側の周縁電極１９ｉは、
巾方向に沿つて先端部に配置された電極１９iiに
よつて接続され、さらに基部側の中央電極１９ｉ
と、電気的節部に配置された電極１９ijによつて
接続される。また基部側の周縁電極１９ｌは、巾
方向に沿つて基部に配置された電極１９llによつ
て接続され、さらに先端側中央電極１９ｋと、電
気的節部に配置された電極１９klによつて接続さ
れる。そして振動腕１８ａの基部側中央電極１９
ｎと振動腕１８ｂの基部側周縁電極１９ｌは基部
に配置された電極１９lnにより接続されるさら
に、一方の振動腕１８ａの先端側周縁電極１９ａ
と１９ｍは側面に配置された電極１９amにより
表裏の接続がなされる。同様に他方の振動腕１８
ｂの先端側周縁電極１９ｅと１９ｉは側面に配置
された電極１９eiによつて表裏の接続がなされ
る。このとき、１９am，１９eiは表面から見て
各々左側、右側に配置される図になつているが、
これは右側に配置される図になつているが、これ
は右側でも左側でもよい。さらに振動腕１８ａの
基部側周縁電極１９ｄの内側電極１９ｐの内側電
極は側面に配置された電極１９dp−１により接
続される。この側面電極１９dp−１により裏面
の基部側周縁電極１９ｐの内側の電極は、はじめ
て他の電極と接続される。同様に、振動腕１８ｂ
の基部側周縁電極１９ｈの内側電極と１９ｌの内
側電極は側面に配置された電極１９hl−１によつ
て接続される。また振動腕１８ａの基部側周縁電
極１９ｄの外側電極と１９ｐの外側電極は、側面
に配置された電極１９pd−２によつて接続され
る。同様に振動腕１８ｂの基部側周縁電極１９ｈ
の外側電極と１９ｌの外側電極は、側面に配置さ
れた電極１９hl−２により接続される。以上の電
極配置により、第６図Ａ，Ｂの斜線電極すなわ
ち、１９ａ，１９ｂ，１９ｇ，１９ｈ，１９ｋ，
１９ｌ，１９ｍ，１９ｎが一方の電極となる。こ
れを電極１とする。さらに点々電極すなわち、１
９ｃ，１９ｄ，１９ｅ，１９ｆ，１９ｉ，１９
，１９ｐが他方の電極となる。これを電極２と
する。これを言いかえると、一方の振動腕の先端
側周縁部に配置された電極と、同じ振動腕の基部
側中央部に配置された電極と、他方の振動腕の先
端中央部に配置された電極と、他方の振動腕の基
部側周縁部に配置された電極が電気的に接続され
ているということであり、基本的には、このこと
を満足していれば良いのである。第６図Ｃ，Ｄに
断面図を示す。第６図Ｃは第６図Ａに於るＸ−
X′線に沿つた断面図であり、第６図Ｄは第６図
Ａに於るＹ−Y′線に沿つた断面図である。第６
図Ｃ，Ｄ中矢印は、前記電極１に、電極２よりも
高い電圧を印加したときの電界方向を示してい
る。第６図Ｃ，Ｄから判かるように同じ振動腕に
ついてみれば、電気的節部を境にしてその先端側
と基部側とでは電界方向がＸ軸に関して逆になつ
ていることがわかるであろう。そうすると振動子
１８は２次高調波で励振されるのである。なぜな
らば音叉型振動子の各々の振動腕は片持ちばりに
近似でき、その２次高調波モードの応力分布を求
めると第７図曲線２０に示すように、先端からｌ
×≒0.774×ｌの部分を境に、応力の符号が反転
するという事実から説明出来る。そして、応力が
ゼロになる部部分の近傍で電界を反転させること
が必要なのであるから電界方向を反転させるのは
先端から0.6l〜0.85l程度に選べばよい。ここで音
叉型振動子の共振周波数ｆは次のように表わされ
る ここで、S′22，S′44は弾性係数、また常数ｒは
次の式により決定される。
Cos2r，Cosh2r＝−１ ……(2)
従つて、基本波の場合r1＝0.9375であり２次高
調波に於てはr2＝2.347となるので外形寸法を一
定にした場合、２次高調波の共振周波数は基本波
の約６倍になる。すなわち、現在の32キロヘルツ
用振動子に本発明の電極を付与することにより約
200キロヘルツの周波数を持つた振動子が得られ
るのである。また、クリスタルインピーダンスの
減少と周波数の増加によりＱ値は約20万程度のも
のが得られることが実験的に確認された。一方、
(1)式の各定数の温度特性を考慮して周波数−温度
特性が決定されるわけであるが、ここで２次高調
波を使用すること、すなわち常数ｒをr1→r2にす
ることは、振動腕の巾Ｗを一定と考えた場合辺比
Ｗ／ｌをr2／r1倍したことと全く同じことにな
り、Ｗ／ｌをr2／r1≒2.5倍にしたことと同じ周波
数になる。そして周波数−温度特性についてもこ
のことはあてはまる。そして、従来から辺比Ｗ／
ｌを大きくすることにより頂点温度が上昇するこ
とが知られており（例えば：電子通信学会技術研
究報告VoL.76.NO22「13.5゜Ｘ板水晶振動子の解
析」中沢光男・宮原温（信州大））２次高調波を
使用した場合にも同じことが言えるのである。そ
して、このことは実験的にも確かめられ、約20℃
以上頂点温度が上昇することを確認した。従つて
当初の目的であつた。外形寸法をほとんど変えず
に高い周波数・高いＱ値・高い頂点温度を得るこ
とが、本発明の電極構造により全て達成されるの
である。第８図は本発明の他の実施例であり、側
面電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２
ｅ，２２ｆ，２２ｇ，２２ｈを側面全体に配置す
ることにより、駆動効率の上昇すなわちクリスタ
ルインピーダンスの減少を達成するものである。
尚、２２ａ，２２ｃ，２２ｅ，２２ｇはかげにな
つていて見えない。基本的な電極構造は第６図の
例と同じである。第８図Ｂは第８図Ａに於るＸ−
X′線に沿つた断面図。第８図Ｃは第８図Ａに於
けるＹ−Y′線に沿つた断面図である。電界方向
は第６図の例と同じく、電気的節部を境に逆にな
つていることが判る。また側面電極２２ａ〜２２
ｈにより電界のＸ軸方向の成分を大きくし、駆動
効率を上げているのである。第９図も本発明の他
の実施例であり、周縁電極がなく駆動用電極とし
ては中央電極と側面電極のみで構成されているも
のである。第９図Ｂ，Ｃは各々第９図Ａに於るＸ
−X′線、Ｙ−Y′線に沿つた断面図であり、第８
図の例から周縁電極を取り去り、中央電極の巾を
大きくしてさらに効率の上昇をはかつたものであ
る。第１０図も本発明の他の実施例であり、振動
腕基部側の周縁電極の外側電極を除去し、表裏接
続のための側面電極を２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，
２６ｄの４ケ所にしたものである。第６図に比
し、側面電極の数が少ないため接続ミスの確率が
減り技術的にも容易になる。第１１図も本発明の
他の実施例であり、第１１図Ａに示す一方の面に
於ては基部側の周縁電極のうち外側電極を除去
し、さらに第１１図Ｂに示す他方の面に於ては先
端側の周縁電極を除去し、表裏接続のための側面
電極を２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄの４ケ所
にしたものである。第１２図も本発明の他の実施
例であり、第１２図Ａに示す一方の面に於ては一
方の振動腕２９ｂの基部側周縁電極のうち内側電
極を除去し、さらに第１２図Ｂに示す他方の面に
於ては、他方の振動腕２９ａの基部側周縁電極の
うち内側電極を除去して、表裏接続のための側面
電極を３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの４ケ所
にしたものである。また、電気的節部に配置され
た電極は、いままでの例に示すような斜め電極で
はなくても同様なのはもちろんであり、第１３図
Ａに示すような階段状の電極３１、あるいは第１
３図Ｂに示すような巾方向に沿つた電極３２を用
いても全く同じである。尚、第１３図Ａ，Ｂは、
いずれか一方の振動腕の電気的節部のみを示した
ものである。第１４図は本発明のさらに他の実施
例であり電気的節部よりも基部側にのみ有効電極
を配置したものである。この場合表裏の接続は、
側面電極３４ｃ，３４ｄの２ケ所に設けられる。
従つて技術的には非常に容易になるが、特性の劣
化を回路側で補つてやることが必要となる。ま
た、第１４図の例に於ても有効電極部の側面全体
に有効電極を付与することが出来るのはもちろん
であり、第１５図、第１６図にその様子を示す。
第１５図、第１６図のように側面に有効電極を付
与することにより効率の上昇が達成できるのは前
述の例と同様である。第１５図Ｂ、第１６図Ｂは
各々、１５図ＡのＸ−X′線に沿つた断面図及び
第１６図ＡのＸ−X′線に沿つた断面図を示す。
調波に於てはr2＝2.347となるので外形寸法を一
定にした場合、２次高調波の共振周波数は基本波
の約６倍になる。すなわち、現在の32キロヘルツ
用振動子に本発明の電極を付与することにより約
200キロヘルツの周波数を持つた振動子が得られ
るのである。また、クリスタルインピーダンスの
減少と周波数の増加によりＱ値は約20万程度のも
のが得られることが実験的に確認された。一方、
(1)式の各定数の温度特性を考慮して周波数−温度
特性が決定されるわけであるが、ここで２次高調
波を使用すること、すなわち常数ｒをr1→r2にす
ることは、振動腕の巾Ｗを一定と考えた場合辺比
Ｗ／ｌをr2／r1倍したことと全く同じことにな
り、Ｗ／ｌをr2／r1≒2.5倍にしたことと同じ周波
数になる。そして周波数−温度特性についてもこ
のことはあてはまる。そして、従来から辺比Ｗ／
ｌを大きくすることにより頂点温度が上昇するこ
とが知られており（例えば：電子通信学会技術研
究報告VoL.76.NO22「13.5゜Ｘ板水晶振動子の解
析」中沢光男・宮原温（信州大））２次高調波を
使用した場合にも同じことが言えるのである。そ
して、このことは実験的にも確かめられ、約20℃
以上頂点温度が上昇することを確認した。従つて
当初の目的であつた。外形寸法をほとんど変えず
に高い周波数・高いＱ値・高い頂点温度を得るこ
とが、本発明の電極構造により全て達成されるの
である。第８図は本発明の他の実施例であり、側
面電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２
ｅ，２２ｆ，２２ｇ，２２ｈを側面全体に配置す
ることにより、駆動効率の上昇すなわちクリスタ
ルインピーダンスの減少を達成するものである。
尚、２２ａ，２２ｃ，２２ｅ，２２ｇはかげにな
つていて見えない。基本的な電極構造は第６図の
例と同じである。第８図Ｂは第８図Ａに於るＸ−
X′線に沿つた断面図。第８図Ｃは第８図Ａに於
けるＹ−Y′線に沿つた断面図である。電界方向
は第６図の例と同じく、電気的節部を境に逆にな
つていることが判る。また側面電極２２ａ〜２２
ｈにより電界のＸ軸方向の成分を大きくし、駆動
効率を上げているのである。第９図も本発明の他
の実施例であり、周縁電極がなく駆動用電極とし
ては中央電極と側面電極のみで構成されているも
のである。第９図Ｂ，Ｃは各々第９図Ａに於るＸ
−X′線、Ｙ−Y′線に沿つた断面図であり、第８
図の例から周縁電極を取り去り、中央電極の巾を
大きくしてさらに効率の上昇をはかつたものであ
る。第１０図も本発明の他の実施例であり、振動
腕基部側の周縁電極の外側電極を除去し、表裏接
続のための側面電極を２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，
２６ｄの４ケ所にしたものである。第６図に比
し、側面電極の数が少ないため接続ミスの確率が
減り技術的にも容易になる。第１１図も本発明の
他の実施例であり、第１１図Ａに示す一方の面に
於ては基部側の周縁電極のうち外側電極を除去
し、さらに第１１図Ｂに示す他方の面に於ては先
端側の周縁電極を除去し、表裏接続のための側面
電極を２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄの４ケ所
にしたものである。第１２図も本発明の他の実施
例であり、第１２図Ａに示す一方の面に於ては一
方の振動腕２９ｂの基部側周縁電極のうち内側電
極を除去し、さらに第１２図Ｂに示す他方の面に
於ては、他方の振動腕２９ａの基部側周縁電極の
うち内側電極を除去して、表裏接続のための側面
電極を３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの４ケ所
にしたものである。また、電気的節部に配置され
た電極は、いままでの例に示すような斜め電極で
はなくても同様なのはもちろんであり、第１３図
Ａに示すような階段状の電極３１、あるいは第１
３図Ｂに示すような巾方向に沿つた電極３２を用
いても全く同じである。尚、第１３図Ａ，Ｂは、
いずれか一方の振動腕の電気的節部のみを示した
ものである。第１４図は本発明のさらに他の実施
例であり電気的節部よりも基部側にのみ有効電極
を配置したものである。この場合表裏の接続は、
側面電極３４ｃ，３４ｄの２ケ所に設けられる。
従つて技術的には非常に容易になるが、特性の劣
化を回路側で補つてやることが必要となる。ま
た、第１４図の例に於ても有効電極部の側面全体
に有効電極を付与することが出来るのはもちろん
であり、第１５図、第１６図にその様子を示す。
第１５図、第１６図のように側面に有効電極を付
与することにより効率の上昇が達成できるのは前
述の例と同様である。第１５図Ｂ、第１６図Ｂは
各々、１５図ＡのＸ−X′線に沿つた断面図及び
第１６図ＡのＸ−X′線に沿つた断面図を示す。
以上のような本発明の水晶振動子を採用するこ
とにより、前述したように外形寸法をほとんど変
えずに６倍の周波数、２倍のＱ値、現在よりも20
℃以上高い頂点温度を得ることが出来る。従つ
て、周波数が200キロヘルツ程度になれば、１ヘ
ルツの分解能は５×10-6と小さくなり、論理的な
緩急手段を効果的に使用することが出来るため、
振動子自体の周波数調整作業を全くなくしてもほ
ぼ所望の周期を持つた出力信号が得られ、腕時計
用振動子のコストダウンへの効果は大きい。さら
に２個の振動子を用いて高精度化をはかるという
試みに本発明を適用することにより、従来の欠点
をほとんど解決出来、電子腕時計の高精度化への
効果も大きい。
とにより、前述したように外形寸法をほとんど変
えずに６倍の周波数、２倍のＱ値、現在よりも20
℃以上高い頂点温度を得ることが出来る。従つ
て、周波数が200キロヘルツ程度になれば、１ヘ
ルツの分解能は５×10-6と小さくなり、論理的な
緩急手段を効果的に使用することが出来るため、
振動子自体の周波数調整作業を全くなくしてもほ
ぼ所望の周期を持つた出力信号が得られ、腕時計
用振動子のコストダウンへの効果は大きい。さら
に２個の振動子を用いて高精度化をはかるという
試みに本発明を適用することにより、従来の欠点
をほとんど解決出来、電子腕時計の高精度化への
効果も大きい。
第１図Ａは、音叉型水晶振動子の切り出し角度
を示す説明図。第１図Ｂ，Ｃは、従来の水晶振動
子の電極構造を示す平面図と断面図、第２図は
CMOSを使用した場合の発振回路図。第３図はエ
ツチング残りの様子を示す平面図。第４図Ａは２
個の振動子を用いて周波数−温度特性が改善され
ることを示す説明図。第４図Ｂは第４図Ａに於る
曲線７を得るための発振回路図。第５図Ａは２個
の振動子を用いて周波数−温度特性が改善される
ことを示す説明図。第５図Ｂは第５図Ａに於る曲
線１２を得るためのブロツク図。第６図は本発明
の水晶振動子の電極構造を示す斜視図及び断面
図。第７図は音叉型振動子の２次高調波モードに
於る応力分布を示す説明図。第８図は本発明の他
の実施例を示す斜視図及び断面図。第９図も本発
明の他の実施例を示す斜視図及び断面図。第１０
図〜第１２図は本発明の他の実施例を示す斜視
図。第１３図は本発明の他の実施例を示す平面
図。第１４図〜第１６図は本発明の他の実施例を
示す斜視図及び断面図。 １８，２１，２３，２５，２７，２９，３３，
３５，３７……本発明の水晶振動子、１８ａ−
１，１８ｂ−１……振動腕の先端側、１８ａ−
２，１８ｂ−２……振動腕の基部側、１９ａ，１
９ｅ，１９ｉ，１９ｍ……先端側周縁電極、１９
ｃ，１９ｇ，１９ｋ，１９……先端側中央電
極、１９ｄ，１９ｈ，１９ｌ，１９ｐ……基部側
周縁電極、１９ｂ，１９ｆ，１９ｊ，１９ｎ……
基部側中央電極、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２
ｄ，１２ｅ，２２ｆ，２２ｇ，２２ｈ，２４ａ，
２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆ，２４
ｇ，２４ｈ，３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，
３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ……駆動用側面
電極。
を示す説明図。第１図Ｂ，Ｃは、従来の水晶振動
子の電極構造を示す平面図と断面図、第２図は
CMOSを使用した場合の発振回路図。第３図はエ
ツチング残りの様子を示す平面図。第４図Ａは２
個の振動子を用いて周波数−温度特性が改善され
ることを示す説明図。第４図Ｂは第４図Ａに於る
曲線７を得るための発振回路図。第５図Ａは２個
の振動子を用いて周波数−温度特性が改善される
ことを示す説明図。第５図Ｂは第５図Ａに於る曲
線１２を得るためのブロツク図。第６図は本発明
の水晶振動子の電極構造を示す斜視図及び断面
図。第７図は音叉型振動子の２次高調波モードに
於る応力分布を示す説明図。第８図は本発明の他
の実施例を示す斜視図及び断面図。第９図も本発
明の他の実施例を示す斜視図及び断面図。第１０
図〜第１２図は本発明の他の実施例を示す斜視
図。第１３図は本発明の他の実施例を示す平面
図。第１４図〜第１６図は本発明の他の実施例を
示す斜視図及び断面図。 １８，２１，２３，２５，２７，２９，３３，
３５，３７……本発明の水晶振動子、１８ａ−
１，１８ｂ−１……振動腕の先端側、１８ａ−
２，１８ｂ−２……振動腕の基部側、１９ａ，１
９ｅ，１９ｉ，１９ｍ……先端側周縁電極、１９
ｃ，１９ｇ，１９ｋ，１９……先端側中央電
極、１９ｄ，１９ｈ，１９ｌ，１９ｐ……基部側
周縁電極、１９ｂ，１９ｆ，１９ｊ，１９ｎ……
基部側中央電極、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２
ｄ，１２ｅ，２２ｆ，２２ｇ，２２ｈ，２４ａ，
２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆ，２４
ｇ，２４ｈ，３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，
３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ……駆動用側面
電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ２本の振動腕とこれら振動腕の各一端を連結
する基部とからなる音叉型水晶振動子において、 振動腕の長さをｌ、振動腕の先端から0.6l〜
0.85lまでの部分を先端側、0.6l〜0.85lのところか
ら基部までの部分を基部側としたとき、 先端側と基部側とで有効電界の方向が反転する
ように電極分割したことを特徴とする水晶振動
子。 ２ 一方の振動腕の先端側中央部に配置された表
裏面電極と、この振動腕の基部側周縁部に配置さ
れた表裏面電極と、 他方の振動腕の先端側周縁部に配置された表裏
面電極と、この振動腕の基部側中央部に配置され
た表裏面電極とが電気的に接続され、 前記一方の振動腕の先端側周縁部に配置された
表裏面電極と、この振動腕の基部側中央部に配置
された表裏面電極と、 前記他方の振動腕の先端側中央部に配置された
表裏面電極と、この振動腕の基部側周縁部に配置
された表裏面電極とが電気的に接続されるように
電極分割するとともに、 前記基部側周縁部に配置された表裏面電極及
び、 前記先端側周縁部に配置された表裏面電極は、
それぞれ振動腕の側面に配置された電極で、表裏
の接続をする特許請求の範囲第１項記載の水晶振
動子。 ３ 一方の振動腕の先端側中央部に配置された表
裏面電極と、この振動腕の基部側周縁部に配置さ
れた表裏面電極と、 他方の振動腕の先端側周縁部に配置された表裏
面電極と、この振動腕の基部側中央部に配置され
た表裏面電極とが電気的に接続され、 前記一方の振動腕の先端側周縁部に配置された
表裏面電極と、この振動腕の基部側中央部に配置
された表裏面電極と、 前記他方の振動腕の先端側中央部に配置された
表裏面電極と、この振動腕の基部側周縁部に配置
された表裏面電極とが電気的に接続されるように
電極分割するとともに、 前記基部側及び先端側の周縁部に配置された表
裏面電極は、振動腕の両側面に配置された駆動用
の側面電極と、電気的に接続されている特許請求
の範囲第１項記載の水晶振動子。 ４ 一方の振動腕の先端側に配置された表裏面電
極と、この振動腕の基部側両側面に配置された側
面電極と、 他方の振動腕の基部側に配置された表裏面電極
と、この振動腕の先端側両側面に配置された側面
電極とが電気的に接続され、 前記一方の振動腕の先端側両側面に配置された
側面電極と、この振動腕の基部側に配置された表
裏面電極と、 前記他方の振動腕の基部側両測面に配置された
側面電極と、この振動腕の先端側に配置された表
裏面とが、電気的に接続されるように電極分割し
た特許請求の範囲第１項記載の水晶振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8586978A JPS5513551A (en) | 1978-07-14 | 1978-07-14 | Crystal vibrator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8586978A JPS5513551A (en) | 1978-07-14 | 1978-07-14 | Crystal vibrator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5513551A JPS5513551A (en) | 1980-01-30 |
| JPS6246091B2 true JPS6246091B2 (ja) | 1987-09-30 |
Family
ID=13870895
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8586978A Granted JPS5513551A (en) | 1978-07-14 | 1978-07-14 | Crystal vibrator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5513551A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0483337U (ja) * | 1990-11-30 | 1992-07-20 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS55112017A (en) * | 1979-02-20 | 1980-08-29 | Seiko Epson Corp | Electrode of tuning fork type crystal oscillator |
| FR2477803A1 (fr) * | 1980-03-04 | 1981-09-11 | Suwa Seikosha Kk | Resonateur a quartz du type diapason a couplage de modes |
| US4415827A (en) * | 1981-05-27 | 1983-11-15 | Statek Corporation | Microresonator of tuning fork configuration operating at its second overtone frequency |
| JPS59218024A (ja) * | 1983-05-26 | 1984-12-08 | Kinseki Kk | 音叉形水晶振動子 |
| JP5573514B2 (ja) * | 2010-09-03 | 2014-08-20 | 株式会社大真空 | 音叉型圧電振動子 |
Citations (9)
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| JPS5224487A (en) * | 1975-08-20 | 1977-02-23 | Seiko Instr & Electronics Ltd | Piezoelectric vibrator |
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| JPS52127094A (en) * | 1976-04-16 | 1977-10-25 | Seiko Instr & Electronics Ltd | Tuning fork type piezoelectric oscillator |
| JPS5472994A (en) * | 1977-11-22 | 1979-06-11 | Seiko Instr & Electronics Ltd | Crystal vibrator for electronic wristwatch |
| JPS558172A (en) * | 1978-07-05 | 1980-01-21 | Kinsekishiya Kenkyusho:Kk | Tuning fork type piezoelectric oscillator |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5638817Y2 (ja) * | 1975-04-17 | 1981-09-10 |
-
1978
- 1978-07-14 JP JP8586978A patent/JPS5513551A/ja active Granted
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5062591A (ja) * | 1973-10-03 | 1975-05-28 | ||
| JPS5096191A (ja) * | 1973-12-24 | 1975-07-31 | ||
| JPS5174592A (ja) * | 1974-12-25 | 1976-06-28 | Kinsekisha Lab Ltd | Onsagataatsudenshishindoshi |
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| JPS5224485A (en) * | 1975-08-20 | 1977-02-23 | Morio Onoe | Quartz vibrator |
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| JPS5472994A (en) * | 1977-11-22 | 1979-06-11 | Seiko Instr & Electronics Ltd | Crystal vibrator for electronic wristwatch |
| JPS558172A (en) * | 1978-07-05 | 1980-01-21 | Kinsekishiya Kenkyusho:Kk | Tuning fork type piezoelectric oscillator |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0483337U (ja) * | 1990-11-30 | 1992-07-20 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5513551A (en) | 1980-01-30 |
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