CH636228A5 - Vibreur piezo-electrique a mode de cisaillement d'epaisseur. - Google Patents

Description

636 228

2

REVENDICATIONS la charge électrique en fonctionnement selon une vibration pa-

1. Vibreur piézo-électrique à mode de cisaillement d'épais- rasite,

seur comprenant une pièce piézo-électrique (1 ; 11) et des élec- la fig. 4 est un diagramme représentant la distribution de la trodes excitatrices (2,4; 12,14) formées sur les faces opposées charge électrique sur l'axe Z dans le cas d'une vibration parasite de cette pièce piézo-électrique, caractérisé en ce qu'une surface s du vibreur selon la fig. 3,

(3 ; 13) dépourvue d'électrodes est pratiquée dans la partie cen- la fig. 5 est un schéma représentant le circuit équivalent d'un traie de l'une desdites électrodes (4; 14), cette surface dépour- vibreur à quartz,

vue d'électrodes étant de largeur plus faible en direction de l'axe la fig. 6 est une vue de face d'un vibreur à quartz en coupe X, dans la région centrale où se concentre la charge électrique AT dans une forme d'exécution conforme à la conception parti-de vibration principale fondamentale, que dans les portions si- io culière proposée, une ligne en traits pointillés représentant la tuées, à droite et à gauche par rapport à l'axe X, de ladite distribution de la charge électrique en fonctionnement en vibra-

portion centrale de la pièce piézo-électrique (1 ; 11), là où les tion principale fondamentale,

composantes de charge électrique se concentrent en cas de vi- la fig. 7 est une vue depuis l'arrière du vibreur selon la fig. 6,

brations parasites. les lignes en traits pointillés représentant la distribution des

2. Vibreur piézo-électrique selon la revendication 1, carac- is charges électriques dans le cas d'un fonctionnement selon une térisé en ce que l'autre électrode excitatrice (12) présente une vibration parasite,

dimension plus grande (12a, 12b) dans la direction de l'axe X. la fig. 8 est une vue de face d'un vibreur à cristal de quartz

3. Vibreur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en coupe AT constituant une autre forme d'exécution de la en ce que ladite pièce piézo-électrique présente une forme de conception particulière proposée, et la fig. 9 est une vue depuis disque. 20 l'arrière du vibreur de la fig. 8.

En général, un vibreur à quartz fonctionne selon sa vibration principale fondamentale, mais il peut fonctionner également selon plusieurs vibrations parasites. Dans le cas où la fréquence de La présente invention concerne un vibreur piézo-électrique la vibration principale fondamentale est voisine de la fréquence dont le mode de vibration principal fondamental est le mode de 25 d'une vibration parasite, le vibreur à quartz risque de fonction-cisaillement d'épaisseur, comme cela est le cas d'un vibreur à ner à la fréquence de la vibration parasite ou en tous les cas quartz en coupe AT, d'un vibreur à quartz en coupe BT, ou d'un d'être influencé par cette dernière. Par exemple, un vibreur à vibreur céramique. quartz en coupe AT, fonctionnant en mode de cisaillement d'é-D'une façon générale, un vibreur à quartz de ce genre fonc- paisseur et ayant une fréquence fondamentale d'approximative-tionne selon sa vibration principale fondamentale de même que 30 ment 4,2 MHz, risque fort de fonctionner à la fréquence d'une selon plusieurs autres vibrations, parasites. Si la fréquence de la vibration parasite d'approximativement 4,6 MHz. Cette vibra-vibration principale fondamentale se trouve voisine de la fré- tion principale fondamentale (I) présente en plan une distribu-quence de vibration parasite, ce vibreur présente le défaut de tion de charge électrique semblable à ce que montre la fig. 1, la risquer de fonctionner à la fréquence de vibration parasite ou de distribution de la charge électrique selon l'axe Z étant, comme fonctionner à une fréquence influencée par la vibration parasite.35 cela résulte de méthodes de mesures éprouvées, conformes à ce Le but de la présente invention est de fournir un vibreur à que montre la fig. 2. La vibration parasite (II) présente en plan cristal de quartz qui ne présente pas les inconvénients susmen- la distribution de charge électrique représentée à la fig. 3, tandis tionnés, c'est-à-dire qui fonctionne d'une façon efficiente selon que la distribution de cette charge selon l'axe Z se présente sa vibration principale fondamentale et qui soit exempt du ris- selon le diagramme de la fig. 4, comme cela résulte des mesures que de fonctionner selon une vibration parasite ou d'une façon 40 similairement effectuées par une méthode éprouvée. En consi-influencée par une vibration parasite. dérant les fig. 1 et 2, on voit que, pour la vibration principale

Conformément à l'invention, ce but est atteint par la pré- fondamentale (I), on a simplement une concentration de charge sence des caractères énoncés dans la première revendication positive dans la portion centrale de la pièce de quartz. Par con-annexée. tre, en considérant les fig. 3 et 4, on voit que, dans le cas de la

La seconde revendication annexée définit une forme d'exé- 45 vibration parasite (II), on a une composante positive de charge cution particulièrement avantageuse. électrique concentrée dans la portion centrale de la pièce de

D'une façon générale, et tout particulièrement pour les quartz, avec en plus deux composantes négatives de charge élec-

formes d'exécution définies par les revendications dépendantes, trique qui se concentrent à droite et à gauche de l'endroit où se le vibreur piézo-électrique en question présente l'avantage d'à- situe la composante positive, sur l'axe Z.

voir une valeur de coefficient Q fort élevée. 50 Cette distribution de la charge électrique est substantielle-

Un autre avantage, également fourni par le vibreur selon ment identique à la distribution de l'énergie de vibration. La l'invention et qui atteint un degré tout particulier dans le cas des conception particulière proposée définit un vibreur piézo-élec-formes d'exécution selon les revendications dépendantes, con- trique ayant une forme d'électrodes telle que le fonctionnement siste en ce que le dit vibreur piézo-électrique n'est pratiquement selon la vibration principale fondamentale soit facile tandis pas influencé par les capacités réparties (ou capacités parasites).55 qu'un fonctionnement selon une vibration parasite se trouve

Les particularités, les performances et les avantages de l'ob- difficile.

jet de la présente invention seront mieux compris à la lecture de Les fig. 6 et 7 représentent, respectivement depuis devant et la description qui va suivre, en se référant au dessin annexé depuis derrière, un vibreur à quartz à mode de vibration de donné à titre d'exemple. Dans ce dessin: cisaillement d'épaisseur, conforme à la conception particulière la fig. 1 est une vue de face d'un vibreur à quartz en coupe 60 proposée. On y voit une pièce de cristal de quartz 1, ime élec-AT, une ligne en traits pointillés représentant la distribution de trode d'excitation de face avant 2, et une électrode d'excitation la charge électrique en fonctionnement en vibration principale de face arrière 4 qui manque de s'étendre dans la partie centrale fondamentale, de la pièce, c'est-à-dire qui présente une découpure (partie non la fig. 2 est un diagramme de la distribution des charges munie d'électrodes) dans la partie centrale. L'électrode excita-

électriques sur l'axe Z pour la vibration principale fondamentale 65 trice de face avant 2 qui présente la forme circulaire usuelle est du vibreur selon la fig. 1, formée sur la surface de la pièce de quartz 1 par la méthode la fig. 3 est une vue de face d'un vibreur à quartz en coupe d'évaporation ou une autre méthode, pour présenter la configu-AT, une ligne en traits pointillés représentant la distribution de ration représentée à la fig. 6. L'électrode de face arrière 4 dans

3

636 228

le centre de laquelle se présente une portion nue (dépourvue d'électrodes) 3 est formée de la manière représentée à la fig. 7 sur la surface arrière de la pièce de quartz 1, par la méthode d'évaporation ou une autre méthode. La partie nue (ou dépourvue d'électrodes) 3 présente une forme spéciale. En fait, les parties de cette portion nue 3 correspondent avec la composante droite (IIB) et avec la composante gauche (IIC) de charge électrique de la vibration parasite (II). Ces parties élargies de la portion nue ont la largeur (Wj), dans la direction de l'axe X, tandis que, tout au centre de la pièce de quartz, la partie nue présente une portion plus étroite de largeur (W2), dans la direction de l'axe X, laquelle portion plus étroite correspond à la localisation de la charge électrique pour la vibration principale fondamentale (I), comme le montre la fig. 7. En d'autres termes, la forme de la partie dénuée d'électrodes 3 est étroite dans la partie centrale et large dans les portions gauche et droite, à partir du centre, sur l'axe Z. Les interstices 3a et 3b, qui sont connectés à la partie 3 dénuée d'électrodes, correspondent simplement à des portions support d'un masque avec lequel la partie dénuée d'électrodes 3 est établie, lors de la formation par évaporation de l'électrode 4 de face arrière. Si la portion dénuée d'électrodes 3 est établie dans l'électrodes de face arrière 4 par d'autres moyens, les interstices 3a et 3b ne sont pas nécessaires.

Comme on l'a indiqué ci-dessus, la partie dénuée d'électrodes 3 est «découpée» dans la forme de l'électrode excitatrice 4 de face arrière, sa portion centrale étant de faible largeur (W2), de façon que les portions médianes de l'électrode de face arrière se projettent en direction du centre dans la partie dénuée d'électrodes, tandis que les parties situées plus à gauche et plus à droite de la portion dénuée d'électrodes 3 ont une largeur plus grande (Wj), établissant ainsi une largeur d'électrode beaucoup moins grande à l'endroit de la charge électrique de la vibration parasite. Ainsi, le vibreur selon la conception en question fonc- " tionne avec une grande efficacité dans la vibration principale fondamentale et ne risque que très difficilement de fonctionner selon la vibration parasite.

Le vibreur à quartz selon la conception particulière proposée assure également une forte amélioration de la valeur Q,

étant donné que la capacité relative au mouvement Cm (fig. 5) décroît dans une très forte mesure tandis que la résistance R du cristal n'augmente que peu. Le vibreur à quartz n'a guère d'influence en ce qui concerne la capacité répartie du fait du décrément de la capacité relative au mouvement Cm, et cela peut améliorer la stabilité de fréquence. Par ailleurs, du fait qu'une des électrodes excitatrices, c'est-à-dire l'électrode excitatrice arrière, ne comporte pas de film d'électrode dans la partie centrale de la pièce de quartz où le déplacement de vibration est fort, la modification de la fréquence du vibreur à quartz, par suite du vieillissement, est faible. Par ailleurs, le réglage par «trimming» de la fréquence, à l'aide de masses additionnelles, peut être efficacement ajusté, étant donné que l'autre électrode excitatrice, c'est-à-dire l'électrode de face avant, comprend un flim d'électrode dans la portion centrale de la pièce de quartz où le déplacement de vibration est fort.

Dans cette forme d'exécution, il est nécessaire que l'électrode axcitatrice de face avant 2 présente un film d'électrode au s moins sur la portion dans laquelle la charge électrique de la vibration principale fondamentale se concentre, portion représentée par une ligne en traits pointillés à la fig. 6. D'autre part, il est désirable que l'électrode de face avant soit une grande électrode circulaire, telle que représentée à la fig. 6, afin d'obtenir 'o une bonne valeur de la résistance du cristal R et de la capacité relative au mouvement Cm.

Une autre forme d'exécution conforme à la conception particulière proposée va maintenant être décrite en liaison avec les fig. 8 et 9.

15 Une électrode de face avant 12, qui présente une grande dimension dans la direction de l'axe X, est formée sur la surface d'une pièce de quartz circulaire 11, par la méthode d'évaporation ou une autre méthode. Cette électrode excitatrice de face avant 12 pourrait également, ou lieu d'avoir les largeurs supplé-20 mentaires 12 a et 12b dans la direction de l'axe X, comme cela est représenté à la fig. 8, avoir la forme d'une ellipse dont le grand axe serait dirigé selon l'axe X. L'électrode de face arrière 14 est à nouveau amputée d'une portion 13 exempte d'électrode, elle est établie sur l'autre face du vibreur avec la même 25 forme que l'électrode de face arrière représentée à la fig. 7.

Lorsqu'une tension est appliquée entre l'électrode de face avant 12 et l'électrode de face arrière 14, le vibreur à quartz selon les fig. 8 et 9 fonctionne avec efficience selon la vibration principale fondamentale et, il ne pourrait que très difficilement 30 être amené à fonctionner selon une vibration parasite, sembla-blement à ce qui a été vu pour la forme d'exécution précédemment considérée en liaison avec les fig. 6 et 7. De plus, la capacité relative au mouvement Cm et la résistance du cristal R, représentées dans le schéma équivalent de la fig. 5, présentent 35 des valeurs plus favorables du fait que l'électrode de face avant 12 présente des projections dans la direction de l'axe X. Cela signifie que la résistance du cristal R subit une importante diminution mais que la capacité relative au mouvement Cm n'augmente que peu. Etant donné que l'électrode de face arrière 14 40 présente une dimension importante dans la direction de l'axe X, la surface de croisement sur laquelle l'électrode excitatrice de face avant 12 et l'électrode excitatrice de face arrière 14 se superposent l'une à l'autre est grande.

Ainsi, selon la conception particulière proposée, comme ce-45 la vient d'être mentionné en détail, un vibreur piézo-électrique est amené à fonctionner avec une grande efficience selon la vibration principale fondamentale, les risques de fonctionnement selon une vibration parasite étant pratiquement supprimés. De plus, la modification de la fréquence de ce vibreur piézo-électrique du fait du vieillissement se trouve faible. En outre, le réglage de la fréquence par la méthode de masses additionnelles peut être effectué avec précision et d'une façon efficace.

50

1 feuille dessins