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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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 |
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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 |
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JPS5174592A (ja) * | 1974-12-25 | 1976-06-28 | Kinsekisha Lab Ltd | Onsagataatsudenshishindoshi |
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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)
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---|---|---|---|---|
JPH0483337U (ja) * | 1990-11-30 | 1992-07-20 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5513551A (en) | 1980-01-30 |
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