DE2939844C2

DE2939844C2 -

Info

Publication number: DE2939844C2
Application number: DE2939844A
Authority: DE
Inventors: Hirochika Tokio/Tokyo Jp Sato
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1978-12-21
Filing date: 1979-10-02
Publication date: 1987-07-30
Also published as: DE2939844A1; GB2043995B; SG21784G; CH639529GA3; US4350918A; GB2043995A; HK64486A; CH639529B

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwinger für Querschwingungen entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem bekannten Schwinger dieser Art (Fig. 3) ist ein U-förmiger Lagerabschnitt vorgesehen, der über zwei Brückenabschnitte jeweils mit einem mittleren Bereich der längeren Seite des Schwingungsabschnitts verbunden ist und einstückig damit ausgebildet ist. Eine derartige Ausbildung ist zwar raumsparender und zweckmäßiger als andere bekannte Konstruktionen (Fig. 1 und 2), bei denen ein Quarzschwinger mit einem GT-Schnitt mit Hilfe von Stützdrähten befestigt wird. Bei der in Fig. 3 dargestellten Konstruktion können die Brückenabschnitte im Bereich einer Knotenlinie des Schwingungsabschnitts vorgesehen werden. Ein Nachteil dieser Konstruktion ist jedoch darin zu sehen, daß auch ein derartiger Lagerabschnitt noch einen verhältnismäßig großen Raumbedarf besitzt, weshalb eine derartige Konstruktion für die Verwendung in einer Armbanduhr nicht geeignet ist. Da ferner von dem Schwingungsabschnitt verhältnismäßig viel Schwingungsenergie auch bei optimaler Dimensionierung des Lagerungsteils übertragen wird, ergibt sich ferner eine Erhöhung der Kristallimpedanz und eine Verschlechterung der Frequenz-Temperatur-Charakteristik. Ferner wird bei Verwendung eines derartigen Lagerabschnitts die elastische Kopplung zwischen Schwingungen der längeren Seite und der kürzeren Seite geändert, was zu einer nachteiligen Änderung der Eigenschaften eines derartigen Quarzschwingers mit einem GT-Schnitt führt.

Es sind ferner Quarzschwinger in Form einer Stimmgabel bekannt (US-PS 36 97 766), die unter gewissen Voraussetzungen in Armbanduhren verwendbar sind. Die Konstruktionsprinzipien derartiger Quarzschwinger sind jedoch nicht ohne weiteres auf Quarzschwinger der eingangs genannten Art anwendbar.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Schwinger der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß er in einer Armbanduhr mit möglichst geringem Raumbedarf verwendbar ist, und eine geringe Kristallimpedanz und eine gute Frequenz-Temperatur-Charakteristik aufweist. Ferner soll der Schwinger in einer für eine Massenproduktion geeigneten einfachen Weise mit guter Ausbeute herstellbar sein und trotz Miniaturisierung eine ausreichende Stoßfestigkeit besitzen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Besondere Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß einerseits eine ausreichende Stoßfestigkeit erzielbar ist, insbesondere wenn zwei gegenüberliegende Brückenabschnitte Verwendung finden und daß andererseits ungeordnete Schwingungsformen des Schwingungsabschnitts weitgehend vermieden werden können, die bei einer zu starken Deformation der Brückenabschnitte auftreten könnten. Deshalb ist auch eine vorteilhaft geringe Kristallimpedanz und damit eine Verringerung des Verlusts an Schwingungsenergie erzielbar. Ein derartiger Schwinger ermöglichst ferner ohne weiteres eine Miniaturisierung, da die Brückenabschnitte an den kurzen Seiten des Schwingungsabschnitts vorgesehen sind. Ferner ist die Montage eines derartigen, in Massenproduktion durch übliche Ätzverfahren herstellbaren Schwingers vereinfacht.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 und 2 eine Methode zur Lagerung eines bekannten GT-Quarzschwingers mittels Draht,

Fig. 3 eine Aufsicht eines üblichen GT-Quarzschwingers, dessen Lagerungsabschnitte und Schwingungsabschnitt in einem Stück ausgebildet sind,

Fig. 4 und 5 die Schnittwinkel eines erfindungsgemäßen Quarzschwingers,

Fig. 6 das Verhältnis zwischen dem Seitenverhältnis und der Frequenz bei einen Quarzschwinger gemäß der Erfindung,

Fig. 7a bis 7c weitere Beispiele eines derartigen Quarzschwingers nach der Erfindung,

Fig. 8 und 9 weitere Ausführungsformen des Quarzschwingers,

Fig. 10a bis 10c das Prinzip einer Quarzschwingers nach der Erfindung,

Fig. 11a bis 11d Ansichten weiterer Ausführungsformen des Quarzschwingers,

Fig. 12 und 13 weitere Ausführungsformen des Quarzschwingers,

Fig. 14 eine weitere Ausführungsform eines Quarzschwingers,

Fig. 15 den Verlauf der Verlagerung beim erfindungsgemäßen Quarzschwinger,

Fig. 16 und 17 eine weitere Ausführungsform eines Quarzschwingers,

Fig. 18 eine Perspektivansicht eines bei einem Versuch benutzten Quarzschwingers,

Fig. 19 eine Schnittansicht zur Verdeutlichung der Lagerungsmethode des Quarzschwingers nach Fig. 18,

Fig. 20 eine Frequenz-Temperatur- Charakteristik,

Fig. 21 eine weitere Ausführungsform der Lagerungsmethode für den Quarzschwinger nach der Erfindung,

Fig. 22 und 23 eine Aufsicht und eine Schnittansicht einer Ausführungsform des Quarzschwingers,

Fig. 24, 25 und 26 die Herstellungsmethode des Quarzschwingers und die Kapsel bzw. Hülle des Quarzschwingers,

Fig. 27 eine Schnittansicht eines Quarzschwingers bei gleichzeitiger Darstellung seiner Lagerungsart, und

Fig. 28 und 29 eine Darstellung für die Lagerungsart derartiger Quarzschwinger.

In Fig. 1 ist die Lagerung eines bekannten GT-Quarzschwingers dargestellt. Eine Quarzkristallplatte 1 wird dadurch gelagert, daß ein Ende von Lagerdrähten, beispielsweise mit Kopf versehene Drähte od. dgl. vertikal befestigt werden und die anderen Enden der Lagerungsdrähte mit Befestigungspolen 3 verbunden werden, An den Lagerungsstellen der Quarzkristallplatte 1 werden Silberpunkte durch Brennen gebildet und dann werden die Lagerungsdrähte 2 vertikal an den Silberpunkten befestigt, indem konische Lötmittel 5 a geschaffen werden. Die anderen Enden der Lagerdrähte 2 werden an einem Substrat 6 befestigt und an den Befestigungspolen 3 befestigt, die gegenüber den externen Kreisen durch Lötmittel 5 b leitfähig sind. Die Lagerdrähte 2 sollten derart einjustiert werden, daß die Spitzen der konischen Lötmittelstellen 5 a als Schwingungsknoten bei der Schwingungsfrequenz dienen. Entsprechend werden Positionen der Lötmittel-Kugeln 4 in dem Zustand nach Fig. 1 einjustiert, so daß die Spitze der konischen Lötmittelelemente als Schwingungsknoten der Lagerungsdrähte dienen. Dieses kunstfertige und schwierige Verfahren soll bezüglich aller Lagerungsdrähte 2 ausgeführt werden. Die Verringerung der Dimension des GT-Quarzschwingers in Richtung seiner Dicke ist begrenzt, da die Möglichkeit besteht, daß die konischen Lötmittel angeschweißt werden, wenn die Positionen der Lötmittel-Kugeln einjustiert sind und dadurch wird ein übermäßig großer Raum eingenommen. Bei einer Verbesserung der in Fig. 1 gezeigten Lagerungsart wird ein GT-Quarzschwinger in Miniaturgröße benutzt, der eine lange Seite mit 8,03 mm, eine kurze Seite mit 9,37 mm und eine Dicke von 0,65 mm hat, um die Zahl der Lagerungsdrähte zu verringern.

Diejenige Ausführungsform, bei der die Zahl der Lagerungsdrähte für den Quarzschwinger reduziert ist, wird unter Bezugsnahme auf Fig. 2 erläutert.

Die in Fig. 2 dargestellte Methode ist vollständig die gleiche, wie sie unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert ist; jeder Lagerungsdraht 2 wird an der Mitte der beiden Oberflächen bzw. Oberfläche der Quarzkristallplatte befestigt. Obgleich bei dieser Methode die Zahl der Lagerungsdrähte kleiner als bei der in Fig. 1 gezeigten Methode ist und die Einjustierung der Lötmittel-Kugeln vereinfacht ist, ist der Raumbedarf nicht verringert.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Methode wird die Quarzkristallplatte einfach gelagert und hat Miniaturgröße, indem der Lagerungsabschnitt nahe der Knotenlinie des Schwingungsabschnittes vorgesehen wird. Gemäß Fig. 3 wird ein Schwingungsabschnitt und ein Lagerungsabschnitt 12 aus einem Stück durch Ätzen aus einer GT-Platte gebildet. Die lange Seite beträgt 4,9 mm, die kurze Seite 4,2 mm und die Dicke 0,04 mm des Schwingungsabschnitts 11 und die Frequenz dieses Schwingungsabschnitts beträgt 780 kHz. Der Lagerungsabschnitt 12 wird mit dem Schwingungsabschnitt 11 nahe der Knotenlinie 15 verbunden und auf einem nicht dargestellten Lagerungsglied an einem Abschnitt 12 befestigt, der durch eine Schraffierung angedeutet ist. Gleichzeitig wird ein Elektrodenfilm 13 a auf der Vorderfläche und ein Elektrodenfilm 13 b auf der rückwärtigen Fläche des Schwingungsabschnitts 11 mit einer externen Schaltung verbunden. Obgleich diese Methode gegenüber der Drahtlagerungsmethode nach Fig. 1 und 2 im Hinblick auf eine einfache Methode und auf Massenproduktion vorteilhaft ist, ist es noch wünschenswert, den Lagerungsabschnitt weiter zu miniaturisieren.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.

Fig. 4 und 5 zeigen den Schnittwinkel eines Quarzschwingers mit Querschwingung, dessen X-Achse, Y-Achse und Z-Achse jeweils in dieser Reihenfolge die elektrische Achse, mechanische Achse und optische Achse der Quarzkristallplatte bezeichnen, wobei der Index ′ angibt, daß der Quarzschwinger gedreht ist. Eine Quarzkristallplatte 20, bei der die Y-Ebene um ψ=45° bis 65° um die X-Achse (Fig. 4) gedreht wird, wird um R=±(40° bis 50°) in der Hauptfläche (X-Z-Ebene) in Fig. 5 gedreht.

Entsprechend der Schwingungsanalyse in zwei Dimensionen ergeben sich die Verhältnisse für jede Komponente der Elastizitäts- Konstanten des Quarzschwingers wie folgt: (1) C′11=C′33, C′15=C′35, (2) C′11, C′33, C′13=C′15, C′35; dabei bezeichnet der Index ′ den Wert, der sich durch Transformierung der Koordinate ergibt. Da C′55 vernachlässigbar ist, wenn die piezoelektrische Konstante in Betracht gezogen wird, ist zu beachten, daß die Längsschwingung in Richtungen der X′- und Z′′-Achsen in dem Fall erregt wird, in welchem die Plattendicke ausreichend klein ist. Demzufolge wird das Merkmal des Quarzschwingers durch die Elastizitäts-Konstante von zwei Längsschwingungen bewirkt und die vorstehend erwähnten Beziehungen ergeben sich entsprechend Fig. 6.

In Fig. 6 bezeichnet das Seitenverhältnis r das Dimensionsverhältnis zwischen der kurzen Seite und der langen Seite, wobei die Dimension der kurzen Seite konstant ist und die Größe der langen Seite verändert wird. Fig. 6 zeigt, daß die Schwingungsfrequenz 22 der kurzen Seite und die Schwingungsfrequenz 23 der langen Seite in einem Bereich 24 mit einem bestimmten Seitenverhältnis gekoppelt sind. Die Werte ψ=51,5°, R=45° und r=0,85 in Fig. 4 bis 6 werden für bekannte GT-Quarzkristallplatten benutzt. Wenn die Frequenz-Temperatur-Charakteristiken, die durch die Frequenzgleichung berechnet werden, welche aufgrund der Schwingungsanalyse erhalten werden, weiter berechnet wird, wobei ψ, R und r Parameter sind, lassen sich ausgezeichnete Frequenz-Temperatur- Charakteristiken über einen großen Bereich der Parameter realisieren.

Das vorstehend erwähnte Ergebnis ist besonders wichtig für einen Schwinger, der einen Schwingabschnitt und einen Lagerabschnitt aufweist, die in einem Stück durch Brücken gebildet sind. Da der durch theoretische Berechnung erhaltene Wert den Fall der freien Schwingung betrifft, ist die Grenzbedingung unterschiedlich von dem Fall, in welchem der Quarzschwinger aus einem Schwingungsabschnitt und Lagerabschnitten in Form eines Stückes besteht, so daß die Werte der Parameter ψ, R und r, die eine ausgezeichnete Frequenz-Temperatur-Charakteristik ergeben, sich verschieben. Wird vorstehende Tatsache in Betracht gezogen, ist es möglich, ausgezeichnete Frequenz-Temperatur-Charakteristiken in einem großen Temperaturbereich zu realisieren. Wenn der Quarzschwinger Miniaturgröße hat, d. h. die kurze Seite des Schwingungsabschnitts kleiner als 5 mm ist, besteht die Möglichkeit, daß die Werte der Parameter aus verschiedenen Gründen verschoben bzw. verändert werden. In dieser Hinsicht ist das vorstehend erwähnte Merkmal vorteilhaft.

Der Bereich jedes der Parameter, die theoretisch aus den vorstehenden Erläuterungen berechnet werden, ergibt sich zu ψ=40° bis 70°, R=40° bis 50° und r=0,80 bis 1,00.

Quarzschwinger, die Lagerungsabschnitte mit verschiedenen Formen haben, wie es in den Fig. 7a bis 7c gezeigt ist, wurden im Versuch getestet und es haben sich die folgenden, neuen Tatsachen ergeben.

Der Quarzschwinger 21 besteht aus einem Lagerungsabschnitt 25 und einem schwingenden Abschnitt 26 und ist damit einstückig ausgebildet. In den Fig. 7a bis 7c sind typische Ausführungsbeispiele dargestellt. Die Lagerungsmethode nach Fig. 11 entspricht der Drahtlagerungsmethode nach Fig. 2, so daß die Wirkungen durch die Lagerungsmethode als gleich betrachtet werden. Durch Kombination jedes der Parameter wird ein Quarzschwinger mit ausgezeichneter Frequenz-Temperatur-Charakteristik und niedrigem effektiven Serienwiderstand CI (Kristallimpedanz) realisiert, wenn folgende Parameter kombiniert werden:

ψ = 45° bis 65° R = ± (40° bis 50°) r = 0,8 bis 1,00.

Da die wirksame Komponente eines derartigen Quarzschwingers das elektrische Feld in Richtung der Y-Achse ist, wird diese Komponente klein, falls ψ groß wird und der Wirkungsgrad der Ansteuerung bzw. Erregung fällt ab. Wenn jedoch ψ<65° ist, wird der Quarzschwinger nicht durch das elektrische Feld in Richtung der Y-Achse so sehr beeinflußt und es besteht kaum eine Differenz zwischen der vorliegenden Ausführungsform und einem konventionellen Quarzschwinger im Hinblick auf den Widerstand CI. Obgleich der Quarzschwinger hauptsächlich geätzt wird, wenn der schwingende Abschnitt und die damit einstückigen Lagerungsabschnitte hergestellt werden, hat der Quarzschwinger die Eigenschaft, daß seine Y-Richtung wegen seiner Anisotropie kaum geätzt wird und es bedarf einer langen Zeit, um den Quarzschwinger zu ätzen, wenn ψ<45° ist (die Ätzflüssigkeit ist eine Mischung aus Fluorsäure und Ammonium-Fluorid). Das Experiment zeigt, daß der optimale Wert von ψ wie folgt ist: 45°≦ψ≦65°. Der Winkel R beträgt dabei nicht unbedingt 45°, wie dies vorstehend erwähnt ist, und verschiedene Eigenschaften des Quarzschwingers werden somit nicht so sehr durch den Winkel R beeinträchtigt. Die Toleranz von R ist die gleiche, wie die Toleranz, die sich durch theoretische Berechnung ergibt: 40°≦R≦50°. Im Hinblick auf die Frequenz-Temperatur-Charakteristiken ist festzustellen, daß - falls der Wert r im Bereich von 0,80 bis 1,00 liegt - wenn ψ und R im vorstehend erwähnten Bereich liegen, die ausgezeichneten Frequenz-Temperatur-Charakteristiken unabhängig von den Dimensionierungen und Formen der Lagerungsabschnitte gegeben sind (r=W/L in Fig. 7a bis 7c).

Wie vorstehend erwähnt ist, ist jeder der Parameter c, R, r bei den Versuchen mit der in den Fig. 7a bis 7c dargestellten Beispielen in einem Bereich von Parametern enthalten, der aus der vorstehenden theoretischen Berechnung resultiert. Demzufolge wurden die Werte der Parameter sowohl experimentell als auch theoretisch bestätigt.

Die gezeigten Daten für einen derartigen Schwinger, der verschiedene Formen für die Lagerabschnitte hat, erfüllen alle erforderlichen Angaben bzw. Abmessungen, die erforderlich sind, indem jeder der Parameter in geeigneter Weise kombiniert wird, so daß der Quarzschwinger zweckmäßig konstruiert werden kann. Nachfolgend wird eine Ausführungsform eines Quarzschwingers in Miniaturgröße mit Querschwingung erläutert, der die vorstehend erwähnten Parameter hat.

Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform eines derartigen Miniatur-Quarzschwingers mit Querschwingung, während Fig. 9 alle Dimensionierungen der Ausführungsform nach Fig. 8 angibt. Der in Fig. 8 gezeigte Quarzschwinger 21 mit Querschwingung besteht aus einem Schwingungsabschnitt 26 und Lagerungsabschnitten 25, die durch Ätzen in Form eines Stückes ausgebildet sind. Die Parameter ψ, R und r liegen innerhalb eines Bereich der vorstehend erwähnten Parameter und werden auf geeignete Weise kombiniert, um die Frequenz- Temperatur-Charakteristik zu verbessern.

Die maximale Breite der kurzen Seite w des Quarzschwingers ist kleiner als 5 mm und die Dicke ist kleiner als 200 µm. Der Wert der Dicke t wurde experimentell und theoretisch gefunden, und zwar deshalb, weil - je mehr die Dicke des Quarzschwingers zunimmt - die Ätzfähigkeit größer sein muß und sich die Frequenz-Temperatur- Charakteristiken durch die Tendenz verschlechtern, daß die Biegungs- Kopplung der beiden Längsschwingungen schwer zu entwickeln, d. h. zu erzeugen ist. Die Lagerungsabschnitte 25 weisen elastische Abschnitte auf, die sich mit der Schwingung des schwingenden Abschnitts 26 mittels Brückenabschnitten 21 verbinden, wobei Dämpfungsabschnitte 28 mit beiden Enden der elastischen Abschnitte durch Verbindungsabschnitte 29 verbunden sind und Befestigungsabschnitte 27 an den Mittelpunkten der Dämpfungsabschnitte vorgesehen und an dem Lagerglied u. dgl. befestigt sind; die Größe der Breite der Brückenabschnitte 31, die Größe bzw. Breite der elastischen Abschnitte, die Breite der Dämpfungsabschnitte und der Abstand zwischen den elastischen Abschnitten und den Dämpfungsabschnitten sowie die Länge der elastischen Abschnitte, d. h. der Biegungsabschnitte, sind mit W 0, W 1, W 2, W 3 und L 1 bezeichnet.

Das Prinzip der Ausführungsform nach Fig. 8 und 9 wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 10 erläutert.

Fig. 10 zeigt ein Viertel eines Quarzschwingers entsprechend Fig. 8, wobei die Symmetrie berücksichtigt ist. Fig. 10a ist eine etwas vergrößerte Ansicht, so daß der Zustand des Quarzschwingers ohne Schwingung leicht verständlich ist, vorausgesetzt, daß das Dimensionsverhältnis beliebig gewählt ist. Fig. 10a bis 10c sind vergrößerte Darstellungen, so daß die Verteilung bzw. der Verlauf der Verlagerung durch die Schwingungsanalyse der Schwingung der langen Seite und der Schwingung der kurzen Seite durch eine "Finite Element"-Methode leicht verständlich ist. Eine gestrichelte Linie zeigt in Fig. 10b und 10c einen deformierten und eine durchgezogene Linie den ursprünglichen Zustand. Entsprechend den Zeichnungen werden die Schwingungen der langen Seite und die Schwingungen der kurzen Seite am Schwingungsabschnitt 26 nicht gestört, d. h. die lange Seite und die kurze Seite schwingen "frei". Obgleich die elastischen Abschnitte 30 mit der Schwingung des Schwingungsabschnitts 26 in Verbindung stehen und entsprechend umgestaltet, d. h. deformiert werden, ist die Verlagerung an den Dämpfungsabschnitten 28 äußerst klein und der Betrag der Verlagerung ist an den Befestigungsabschnitten 27 ein Minimum.

Ein Quarzschwinger mit Querschwingung, der mit einem Lagerungsabschnitt gemäß der Erfindung versehen ist, ist effektiv, da die Störung des Betriebs im schwingenden Bereich und der Verlust von Schwingungsenergie gegenüber dem Lagerungsglied und dergleichen sehr klein werden.

Die theoretische Berechnung der Schwingung der kurzen Seite (in Richtung der X′-Achse) resultiert in einer ausgezeichneten Frequenz- Temperatur-Charakteristik gegenüber der Schwingung der langen Seite (in Richtung der Z′′-Achse). Demzufolge ist es besser, die Lagerungsabschnitte 25 an der kurzen Seite des Schwingungsabschnitts 26 vorzusehen, als an der langen Seite. Es ist besser, die Lagerungsabschnitte somit nicht an der langen Seite vorzusehen, welche die Schwingung der kurzen Seite behindert.

Wenn die Analyse der Schwingung durch die "Finite Element"-Methode weiter fortgeführt wird, wird festgestellt, daß die Längsrichtung der Lagerungsabschnitte 25 in Fig. 8 im wesentlichen parallel zu der kurzen Seite des Schwingers ist. Die Daten sind vorteilhaft, da der überschüssige Raum dann nicht erforderlich ist, wenn die Lagerungsabschnitte auf der kurzen Seite vorgesehen werden, wie dies vorstehend erläutert ist.

Eine Überprüfung der optimalen Form des Quarzschwingers durch die Analyse nach der "Finite Element"-Methode ergibt, daß die Störung der Schwingung bzw. Schwingungsart des Schwingungsabschnitts und der Verlust der Schwingung (der durch Schwingung an den Befestigungsabschnitten hervorgerufen wird) verhindert werden, falls die folgenden Beziehungen der Dimensionen W 0, W 1, W 2, W 3 und L 1 und dergleichen entsprechend Fig. 9 erfüllt sind. Wenn nämlich jede Dimension durch die erwähnte Methode geändert werden, werden die Schwingungsart des Schwingungsabschnitts und der Schwingungszustand des Lagerungsabschnitts wie folgt überprüft.

(1) Wenn das Verhältnis zwischen der Breite des Schwingungsabschnitts W und der Breite der Brückenabschnitte W 0 durch 0,015≦(W 0/W)≦0,200 dargestellt sind, ist die Form der Lagerungsabschnitte so ausreichend, um die Störung der Schwingungsart und eine Zunahme der Deformation der Brückenabschnitte zu verhindern.
(2) Wenn die Breite des elastischen Abschnitts W 1 ist, die Breite der Dämpfungsabschnitte W 2 und die Breite der elastischen Abschnitte und der Dämpfungsabschnitte W 3 ist, sollen diese Werte folgende Bedingungen erfüllen: 0,3 ≦ (W 1/W 2) ≦ 1,2; W 1 ≦ 1,5, W 0; 0,2 ≦ (W 1/W 3) ≦ 2,0;wenn 0,015≦W 0/W≦0,200, dann werden die Störung der Schwingungsart des schwingenden Abschnitts und der Verlust von Schwingungsenergie ausreichend verhindert. Nachfolgend wird auf den Schwingungsverlust im einzelnen eingegangen; der Betrag der maximalen Verlagerung am schwingenden Abschnitt beträgt 1,0, die Verlagerung am Befestigungsabschnitt ist kleiner als 1×10^-3 (in diesem Fall ist die Differenz der Frequenz zwischen dem Befestigungsabschnitt, der befestigt ist, und dem Befestigungsabschnitt, der frei ist, im wesentlichen innerhalb von 1 ppm gemäß der Berechnung). Dies bedeutet, daß die Verlagerung des Befestigungsabschnittes nahezu gleich Null ist, indem W 1, W 2, W 3, W 0 und L 1 in geeigneter Weise kombiniert werden und infolgedessen ist der Verlust der Schwingung gegenüber dem Lagerungsglied und dergleichen verhindert.
(3) Wenn das Verhältnis zwischen der Länge L 1 (die Dämpfungsabschnitte haben die gleiche Dimension in Fig. 8) und W 1 des elastischen Abschnittes 5≦(L 1/W 1)≦25 beträgt, so trägt dies wirksam dazu bei, um die Störung der Schwingung bzw. des Schwingungsbetriebs am Schwingungsabschnitt neben der Beziehung in Fig. 1 zu verhindern.
(4) Eine wirksame Verhinderung eines Verlustes der Schwingung wird dadurch erreicht, daß der Befestigungsabschnitt in der Mitte des Dämpfungsabschnittes ist, wobei die Symmetrie des Schwingers in Betracht gezogen wird.

Bei Anwendung der vorstehenden Ergebnisse auf die Ausführungsform nach Fig. 8 läßt sich ein ausgezeichneter Schwinger ohne Störung der Schwingung des schwingenden Abschnitts und ohne Verlust von Schwingungsenergie realisieren. Wenn die Größe bzw. Breite W des schwingenden Abschnitts kleiner als 5 mm ist, wird eine ausreichende Charakteristik durch die kleinen Lagerungsabschnitte realisiert. Außerdem läßt sich der Resonator ohne weiteres in verschiedenster Form und mit der gewünschten Größe konzipieren.

Fig. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform von Formen des Lagerungsabschnittes für einen Miniatur-Quarzschwinger mit Querschwingung. Aus Fig. 11 geht hervor, daß der Lagerungsabschnitt 25 mit dem schwingenden Abschnitt 26 in Form eines Stückes dadurch ausgebildet ist, daß der Brückenabschnitt 31 aus einem elastischen Abschnitt 30, einem Verbindungsabschnitt 29, einem Dämpfungsabschnitt 28 und einem Befestigungsabschnitt 27 besteht. Jeder der Parameter ψ, R, r und die Plattendicke sind Werte innerhalb des durch die beanspruchte Erfindung gegebenen Bereichs.

Fig. 11a zeigt eine Ausführungsform, bei welcher der Lagerungsabschnitt 25 nur auf einer Seite vorgesehen ist, während bei der Ausführungsform nach Fig. 11b der elastische Abschnitt 30 und der Dämpfungsabschnitt durch einen Verbindungsabschnitt 29 miteinander verbunden sind; Fig. 11c zeigt eine Ausführungsform, bei der drei Verbindungsabschnitte 29 vorgesehen sind; bei der Ausführungsform nach Fig. 11d ist der Befestigungsabschnitt 27 und der Dämpfungsabschnitt 28 aus einem Stück gebildet. Obgleich die Formen des Lagerungsabschnittes geändert werden können, wird das Hauptziel der Erfindung erreicht, wenn diese Bedingungen erfüllt werden.

In Fig. 12 ist eine Ausführungsform eines Quarzschwingers mit Querschwingung gezeigt, und Fig. 13 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 12. Die Bedingungen für den schwingenden Abschnitt 26 und den Lagerungsabschnitt 25 des Schwingers 21 sind in Fig. 12 und 13 nicht dargestellt, da die Bedingungen bereits unter Bezugnahme auf Fig. 4 bis 11 erläutert sind. Ein Metall-Elektrodenfilm 33, beispielsweise Au und dergleichen, wird auf die beiden Haupt-Oberflächen des Schwingers 21 aufgebracht und der Film wird auf beiden Oberflächen des schwingenden Abschnitts 26 und des Lagerungsabschnitts 25 vorgesehen. Elektrodenfilme 33 a auf der vorderen Oberfläche des Schwingungsabschnitts 26 und der Lagerungsabschnitte 25 sind durch einen Brückenabschnitt 31 miteinander verbunden, während Elektrodenfilme 33 b auf der rückwärtigen Oberfläche des schwingenden Abschnitts 26 und der Lagerungsabschnitte 25 durch einen anderen Brückenabschnitt 31 miteinander verbunden sind.

Mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau werden die Befestigungsabschnitte 27 des Schwingers mechanisch und elektronisch bzw. elektrisch gleichzeitig mit dem Leitungsanschluß und dem nicht dargestellten Lagerglied verbunden, welches in elektrisch leitender Verbindung mit der äußeren Schaltung (Oszillatorschaltung) durch Abdichtungsmaterialien steht, beispielsweise einem Lötmittel od. dgl., wodurch eine exzellente Arbeitseigenschaft und eine hohe Massenproduktivität realisierbar sind. Um die Zuverlässigkeit des Befestigungsprozesses zu gewährleisten, werden Metall- Elektrodenfilme, d. h. dünne Schichten 33 a und 33 b auf beide Oberflächen des Schwingers aufgebracht, wobei diese Filme elektrisch mit einem Metall 34 a und 34 b, beispielsweise Au oder dergleichen, verbunden sind, die auf einen bestimmten Abschnitt der Lagerungsabschnitte aufgebracht sind (oder auf die gesamte Oberfläche der Lagerungsabschnitte), wobei der Vorteil der Eigenschaft eines Metallpulvers ausgenützt werden kann, das auf die Lagerungsabschnitte in bzw. während einer kreisförmigen Bewegung aufgesprüht wird, wie es in Fig. 14 gezeigt ist.

Die Verteilung, d. h. die Funktion der Verlagerung in Richtung der langen Seite (Z′′-Richtung) des Schwingers, wird durch die Analyse der erwähnten Methode in gleicher Weise, wie unter Bezugnahme auf Fig. 10 erläutert ist, ermittelt. Fig. 15 gibt das analysierte Ergebnis der Verlagerung wieder, wobei ein Viertel des Schwingers dargestellt ist, und zwar in Bezug auf eine relative Verlagerung bei einer maximalen Verlagerung bzw. Bewegung von 1,0. Entsprechend Fig. 15 ist die Kurve der Verlagerung des Schwingungsabschnitts 26 im wesentlichen eine sinusförmige Kurve und ein Abschnitt A nahe der Brückenabschnitte 31 wird verformt und es wird eine plötzliche Änderung der Verformung beobachtet. Um diese Wirkungen durch die Verformung zu verhindern, wird der Elektrodenfilm nahe des Brückenabschnitts entfernt, wie dies in Fig. 16 gezeigt ist, oder die Dicke des Elektrodenfilms wird nahe des Brückenabschnitts erhöht, wie dies in Fig. 17 gezeigt ist.

Bei der in Fig. 16 gezeigten Ausführungsform ist der auf den schwingenden Abschnitt 26 aufgebrachte Elektrodenfilm 33 an Abschnitten 36 in der Nähe der Brückenabschnitte 31 entfernt, um dadurch die Wirkung durch elektrische Polarisierung zu verhindern, die durch eine anormale Verformung hervorgerufen wird.

Bei der in Fig. 17 gezeigten Ausführungsform ist der auf den schwingenden Abschnitt 26 aufgebrachte Elektrodenfilm 23 sowie der auf die Lagerungsabschnitte 25 aufgebrachte Elektrodenfilm 33 dicker an Abschnitten 37 in der Nähe der Brückenabschnitte 31, um dadurch eine Verformung zu verhindern. Durch das vorstehend erwähnte Verfahren wird die in Fig. 15 dargestellte Wirkung durch Verformung verhindert.

Es ist zu beachten, daß die Form und Dimensionierung des Lagerungsabschnittes nicht darauf begrenzt ist, wie dies bei dem vorstehend beschriebenen Quarzschwinger der Fall ist und auch auf andere Piezokristalle bzw. Quarzschwinger mit Querschwingung anwendbar sind.

Im folgenden wird auf experimentelle Ergebnisse Bezug genommen.

Die Fig. 18 und 19 sind allgemeine Ansichten eines Schwingers gemäß der Erfindung, während in Fig. 20 und in der folgenden Tabelle 2 jeweils die zugehörigen Eigenschaften dargestellt sind.

Der in Fig. 18 und 19 gezeigte Schwinger hat die Parameter ψ=56, R=45° und r=0,88; die kurze Seite W beträgt etwa 1,4 mm und die Dicke ist etwa 80 µm.

Alle in Fig. 9 dargestellten Dimensionswerte sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben.

Das Schwinger-Gehäuse besteht aus drei Schichten von Platten 40, 41 und 42 (Fig. 18 und 19). Die Platte 40 an der mittleren Schicht und die Platte 42 an der oberen Schicht bzw. Lage sind mit Öffnungen geeigneter Größe versehen, um dadurch innerhalb der Verkapselung einen Hohlraum-Bereich zu schaffen; ein abgestufter Bereich zur Lagerung des Schwingers 21 wird durch die Platten 40 und 42 gebildet. Der Befestigungsabschnitt 27 des Quarzschwingers 21 ist direkt an dem abgestuften Bereich befestigt. Dann werden die Elektroden- Leitungsfilme 38 a und 38 b, beispielsweise Au oder dergleichen, auf die Oberfläche des abgestuften Bereichs durch Aufdampfen, Drucken und dergleichen aufgebracht, in welchem der Resonator gelagert und befestigt ist und die Elektroden-Leitungsfilme, d. h. die leitenden Filme 38 a und 38 b sind durch die Außenseitenflächen der Platten 40 und 41 mit einem Teil der unteren Fläche der Platte 41 verbunden. Der Resonator 21 wird auf die Platte 40 aufgesetzt, so daß der Befestigungsabschnitt 27 des Schwingers die Au-Filme 38 a und 38 b, die auf die Platte 40 aufgebracht sind, kontaktiert und durch elektrisch leitende Abdichtungsmaterialien 47 a und 47 b, beispielsweise Lötmittel, befestigt und gleichzeitig elektrisch mit den Steuerelektrodenfilmen 33 a und 33 b verbunden ist, die auf beide Seiten des Schwingers 21 aufgebracht sind. Aus Fig. 19 ist ersichtlich, daß die elektrodenförmigen Leitungsfilme bzw. Leitungsschichten 38 a und 38 b elektrisch mit dem Erreger-Elektrodenfilm 33 a (Hilfs-Elektrodenfilm) elektrisch verbunden ist, welcher auf der vorderen Oberfläche des Schwingers 26 angeordnet ist, sowie mit dem Erreger-Elektrodenfilm 33 b (Hilfs-Elektrodenfilm), der auf der rückwärtigen Fläche des Schwingers 26 vorgesehen ist. Wenn eine Wechselspannung an die Au- Filme 38 a und 38 b angelegt wird, so daß diese Filme bzw. dünnen Schichten 38 a und 38 b zueinander unterschiedliche Polarität haben, wird ein elektrisches Feld in Richtung der Plattendicke an den schwingenden Abschnitt des Schwingers 21 angelegt, so daß der Schwinger 21 schwingt. Die Schwing-Charakteristik des Schwingers, die durch die Transmissionsmethode gemessen wird, ist in der folgenden Tabelle 2 dargestellt; die Frequenz-Temperatur-Charakteristik ist in Fig. 20 veranschaulicht.

In der Tabelle 2 ist mit R 0 der Ersatzserienwiderstand, mit C 0 die Ersatzinduktivität bezeichnet und die Zahl der untersuchten Schwinger betrug 10. Aus dem Ergebnis des Versuchs ist ersichtlich, daß jede Charakteristik und die Lagerungskonstruktion ausgezeichnet sind, obgleich der Schwinger im Vergleich zu üblichen Schwingern äußerst klein ist.

Tabelle 1

Tabelle 2

Bei einer abgewandelten Ausführungsform werden Führungsglieder 50 an den Enden der Befestigungsabschnitte 27 vorgesehen, wie dies in Fig. 21 gezeigt ist. Eine Erläuterung der in Fig. 21 gezeigten Ausführungsform ist nicht erforderlich, da die Abschnitte mit Ausnahme der Führungsglieder 50 die gleichen sind, wie dies unter Bezugnahme auf Fig. 18 und 19 beschrieben ist. Die Führungsglieder 50 sind in einem Stück mit den Befestigungsabschnitten 27 gebildet und in den inneren Durchmesser der Öffnung einer Keramikplatte 42 hineingeführt; die Befestigungsabschnitte werden automatisch durch die Führungsglieder 50 positioniert, wenn der Schwinger eingesetzt wird. Da die Befestigungsabschnitte der Lagerungsabschnitte sich kaum verlagern, beeinflussen die Führungsglieder nicht ungünstig die Charakteristik des Schwingers. Im Bedarfsfall können die Führungsglieder 50 von den Befestigungsabschnitten dadurch entfernt werden, daß die halsförmigen Ansätze 51 der Befestigungsabschnitte 27 abgeschlagen bzw. getrennt werden, nachdem die Befestigungsabschnitte 47 durch Lötmittel 47 a und 47 b befestigt sind. Da der Schwinger mit Hilfe der Führungsabschnitte im Vergleich zu Fig. 18 und 19 sehr leicht eingesetzt werden kann, ist eine Automatisierung der Verarbeitung bzw. Behandlung des Schwingers leicht möglich.

In den Fig. 22 und 23 sind weitere Ausführungsformen des Schwingers dargestellt, wobei das Lagerglied aus dem gleichen piezoelektrischen Material gebildet ist wie der Schwinger selbst. Fig. 22 zeigt eine Aufsicht und Fig. 23 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A′. Der schwingende Abschnitt 26 und die Lagerabschnitte 25 sind in Form eines Stückes mittels Brückenabschnitte 31 a und 31 b ausgebildet, und zwar mit vorbestimmtem Schnittwinkel und Dimensionierungen. Die Befestigungsabschnitte 27 der Lagerabschnitte 25 sind mit Rahmenabschnitten 21 a vorbestimmter Breitendimension versehen, welche den Schwinger 21 umgeben; auf beide Seiten des Rahmens 21 a ist ein Au-Film 60 mit einer Dicke von etwa 2 µm aufgebracht. Eine Basis 62 besteht aus dem gleichen piezoelektrischen Material wie der Schwinger 21. Ein nicht dargestellter Au-Film, der auf die vordere bzw. obere Fläche der Basis 62 aufgebracht ist, und ein nicht dargestellter Au-Film, der auf die untere bzw. rückwärtige Oberfläche des Rahmenabschnittes 21 aufgebracht sind, haften mittels eines Lötmittels od. dgl. an, um dadurch die Basis 62 und den Schwinger 21 zu fixieren und abzuschließen. Eine Kappe 61 ist ebenfalls aus dem gleichen piezoelektrischen Material hergestellt wie der Schwinger und mit einem nicht gezeigten Au-Film versehen, auf dem ein entsprechender Au-Film 60, auf welchem er haftet, vorgesehen ist, der seinerseits auf den Rahmenabschnitt 21 a mittels eines Lötmittels oder dergleichen aufgebracht ist. Die Erreger- oder Steuerelektroden 33 a und 33 b, die auf der Hauptfläche des Schwingers 21 angeordnet sind, sind herausgeführt und stehen über den Rahmenabschnitt 21 a vor, so daß die Kappe 61 an dem Rahmenabschnitt 21 a fixiert bzw. befestigt wird, wie es dargestellt ist. Die Kappe 61 für eine Vakuumabdichtung ist in Fig. 22 nicht gezeigt. Diese Kappe ist aus Fig. 23 ersichtlich. Auf der Kappe 61 und der Basis 62 sind ein sehr kleiner Betrag von Halb- Ätzungen angeordnet, die jeweils einen Hohlraumabschnitt bilden, um den Schwinger 21 abzudichten. Zur weiteren Erläuterung dieser Ausführungsform wird im folgenden das Verfahren der Herstellung des Resonators bzw. die Herstellungsschritte in Verbindung mit den Fig. 24, 25 und 26 erläutert. Drei Schichten bzw. Lagen der piezoelektrischen Platten, die in Fig. 24, 25 und 26 gezeigt sind, werden in einem diskontinuierlichen Prozeß nach der fotolitografischen Technik behandelt. Fig. 25 zeigt mehrere piezoelektrische Platten 62, die mit Hilfe von Verbindungsabschnitten 75 in einer Reihe liegen, wobei alle Platten auf einem Rahmen 74 gleichzeitig durch Fototechnik und Ätztechnik aus einer piezoelektrischen Waferplatte 73 vorliegen. Nachdem Abschnitte 63 a über einige zehn µm Tiefe zur Hälfte geätzt wurden, werden Au-Filme 60 b um die Abschnitte 63 a durch Aufdampfen vorgesehen. Daraufhin liegen der schwingende Abschnitt 26, die Lagerungsabschnitte 25 und der Rahmen 21 a, die in Form eines Körpers gemäß Fig. 24 gebildet sind, in einer Reihe, wobei der Rahmen 71 mit Hilfe des Verbindungsabschnitts 75 aus dem piezoelektrischen Wafer 70 durch die vorstehend erwähnten Techniken gebildet wird. Dann werden die Elektrodenfilme 33 a und 33 b für die Schwingung und Erregung sowie der Au-Film 60 a auf den Schwinger durch Aufsprühen und Aufdampfen aufgebracht.

Nach dem vorstehend erwähnten Verfahren wird eine Kappe 61 aus einem piezoelektrischen Wafer 76 (Fig. 26) mit dem Rahmen 27 mit Hilfe eines Verbindungsabschnitts 78 verbunden und ein Abschnitt 63 b mit einigen zehn µm Tiefe sowie ein Au-Film 60 c auf der anderen Seite der Kappe 61 durch Halb-Ätzen gebildet. Die drei piezoelektrischen Platten sind so aufgelegt, daß sie sich einander überlappen, wie dies aus Fig. 22 und 23 hervorgeht. Durch Anlegen von Wärme und Druck auf die Au-Filme 60 a, 60 b und 60 c, die auf den zugehörigen piezoelektrischen Platten so vorgesehen sind, daß sie einander überlappen, werden die drei Lagen von piezoelektrischen Platten mit Hilfe von Lötmitteln gleichzeitig abgedichtet. Dann werden die drei Lagen von piezoelektrischen Platten dadurch voneinander getrennt, daß die Verbindungsabschnitte 72, 75 und 78 mit geringer Kraft im letzten Verfahrensschritt voneinander gebrochen werden.

Die in den Fig. 22 bis 26 gezeigten Ausführungsformen gestatten eine Massenproduktion und ermöglichen eine Kostenreduzierung, da der Prozeß der Herstellung bzw. des Zusammenbaus nicht nur entfällt, sondern auch mehrere Gehäuse und Schwinger gleichzeitig hergestellt werden können.

Da außerdem beide Enden des Schwingers gelagert sind, ist die durch Stoß hervorgerufene Biegung klein und ein minimaler Raum im Gehäuse erforderlich; darüber hinaus muß der Schwinger nicht unbedingt auf einen Rahmen aufgesetzt werden, der Raum in Breitenrichtung (der Raum zwischen dem Schwinger und der Innenwand des Gehäuses) kann sehr klein sein, was zu einer wesentlichen Minaturisierung des Schwingers führt.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 27 eine Ausführungsform des Schwingers erläutert, der auf einem Stütz- oder Lagerglied, beispielsweise einer Blattfeder mit hoher Elastizität befestigt ist. Da die Dicke des Schwingers reduziert ist, da er durch fotolitografische Technik hergestellt wird, besteht jedoch die Gefahr, daß der Schwinger bricht oder sich die Frequenz in großem Umfang durch einen Stoß ändert, wenn der Schwinger auf dem elastischen Material befestigt ist, und zwar durch die Biegekraft, die auf den Schwinger ausgeübt wird, wenn die Flexibilität des elastischen Materials an beiden Enden des Schwingers unterschiedlich ist. Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 27 dargestellt und hat das Ziel, die vorstehend erwähnten Nachteile zu beseitigen, wobei die Flexibilität des Lagermaterials an beiden Enden des Schwingers nahezu gleich ist bzw. die gleiche Konstante hat. Die Erreger-Elektroden sind in Fig. 27 aus Gründen der vereinfachten Darstellung nicht gezeigt. Der Schwinger 21 wird dadurch umhüllt bzw. abgekapselt, daß ein Kupferglas 82 zur Abdichtung in eine zylindrische Basis 81 aus Kupfer eingefüllt wird, und daß blattförmige Leitungsanschlüsse 83 a, 83 b aus Kupfermaterial durch die zylindrische Basis 81 hindurch in eine zylindrische Kappe 80 aus Nickel/Silber geführt werden, wobei die Kappe durch Druck geformt ist. Der Schwinger 21 wird an den Leitungen bzw. Leitungsanschlüssen 83 a und 83 b mittels elektrisch leitenden, abdichtenden Materials 84 a, 84 b, beispielsweise einem Lötmittel, an den Befestigungsabschnitten 27 a, 27 b befestigt, die an dem Ende der Lagerungsabschnitte 25 a und 25 b vorgesehen sind.

Eine Erläuterung der Verbindung zwischen den Leitungsanschlüssen 83 a, 83 b, die in elektrisch leitender Verbindung mit der Erregungselektrode des Schwingers 21 und dem externen Kreis stehen sowie der Erregerelektrode ist nicht gegeben, da das Prinzip das gleiche ist, wie unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen nach Fig. 18 bis 23 erläutert ist.

Jeder Leitungsanschluß ist so konzipiert, daß die Flexibilität des Leitungsanschlusses 83 a am Befestigungspunkt des Befestigungsabschnittes 27 a und die Flexibilität am Leitungsanschluß 83 a am Befestigungspunkt des Befestigungsabschnittes 27 b im wesentlichen gleich sind. Ein Abschnitt 85 am Ende des Leitungsanschlusses 83 a ist vorgesehen, damit die Flexibilität einjustiert wird. Nun wird die Flexibilität der Leitungsanschlüsse betrachtet. Wenn der Leitungsanschluß als Freiträger bzw. Ausleger (vgl. Fig. 28) betrachtet wird, an dessen einem Ende eine Last befestigt ist, wird die Flexibilität y 1 am Ende des Trägers unter Verwendung der in Fig. 28 gezeigten Buchstaben wie folgt wiedergegeben: wobei E das Elastizitätsmodul und P eine konzentrierte Last darstellen. Entsprechend wird die Flexibilität am Ende des Auslegers dadurch bestimmt bzw. eingestellt, daß die Länge l, die Breite b und die Dicke t geändert werden. Die Gleichung (1) zeigt, daß die einfachste Methode zur Bestimmung der Flexibilität der Anschlußbelastung darin besteht, den Wert von l/t zu ändern. In dem Fall, daß die Belastung in der Mitte des Freiträgers befestigt ist, ergibt sich die Flexibilität y 2 am Ende des Freiträgers wie folgt: dabei wird angenommen, daß a die Länge vom Lagerpunkt gegenüber dem belasteten Punkt in Fig. 29 ist. y 2 ändert sich durch die belastete Position und die Dimension des Freiträgers. P in Gleichung (1) und (2) kann durch Hinzufügung der zusätzlichen Last 85 geändert werden, wie in Fig. 27 gezeigt ist. Somit gibt es verschiedene Methoden, um die Flexibilität zu verändern. Durch die vorstehenden Überlegungen werden die folgenden Methoden für den Leitungsanschluß bei den dargestellten Ausführungsformen der Erfindung verwendet, nämlich die Methode, eine zusätzliche Last entsprechend Fig. 29 hinzuzufügen, die Methode, die Dimensionierung der Leitungsanschlüsse zu ändern, die Methode, die Länge vom Kupferglas zum Befestigungsabschnitt und alle Dimensionen gleich zu gestalten.

Die bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen auftretenden Vorteile lassen sich wie folgt zusammenfassen:

(1) Der Schwinger hat ausgezeichnete und stabile Charakteristiken (die Dispersion ist klein), da die Lagerungsstruktur den Energieverlust bei Querschwingungen auf ein Minimum reduziert.
(2) Die Stoßfestigkeit ist besonders groß, da der Schwinger zur Erzielung eines geringen Energieverlustes starr gelagert ist.
(3) Der Schwinger mit kleinem Energieverlust ist realisierbar, selbst wenn die Lagerungsabschnitte klein sind. Da die Lagerungsabschnitte an den kurzen Seiten des Schwingungsabschnitts vorgesehen sind, läßt sich der Schwinger leicht miniaturisieren.
(4) Aus (1) und (2) ist ersichtlich, daß der Zusammenbau des Schwingers einfach ist und eine Massenproduktion möglich ist.
(5) Bei der Konstruktion des Schwingers besteht dadurch eine gewisse Freiheit, daß die Parameter des Stützabschnitts im Bereich jeder der genannten Abmessungen geändert werden können.
(6) Ein Quarzschwinger mit gewünschten Eigenschaften ist realisierbar, da die Freiheit bei der Bestimmung des Schnittwinkels und des Dimensionsverhältnisses groß ist.
(7) Der Schwinger mit ausgezeichneter Frequenz-Temperatur-Charakteristik wird dadurch realisiert, daß der Schnittwinkel und das Dimensionsverhältnis in geeigneter Weise kombiniert werden, nachdem die Form und die Dimension des Lagerabschnitts bestimmt sind.
(8) Eine Störung der Schwingungsform des Schwingabschnitts, die erzeugt werden kann, wenn der Lagerungsabschnitt und der Schwingabschnitt aus einem Stück gebildet werden, wird leicht dadurch beseitigt, daß die Elektrodenausbildung geändert wird.
(9) Wenn die Lagerungsabschnitte an beiden Enden der Schwingungsabschnitte vorgesehen sind, ist der Betrag der Biegung, die durch einen Stoß hervorgerufen wird, gering und das Gehäuse des Resonators kann wegen der unter (3) erwähnten Gründe sehr klein sein.

Claims

1. Schwinger für Querschwingungen, bestehend aus einem rechteckförmigen Schwingungsabschnitt mit einer Länge L, der einstückig mit mindestens einem, über einen Brückenabschnitt damit verbundenen, einen Befestigungsteil aufweisenden Lagerabschnitt aus einem Plättchen aus piezoelektrischem Material ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet,

a) daß der Lagerungsabschnitt (25) einen über den Brückenabschnitt (31) mit einem mittleren Bereich der kürzeren Seite des Schwingungsabschnitts (26) verbundenen elastischen Teil (30) aufweist, mit dem ein Dämpfungsteil (28) verbunden ist, an dem der Befestigungsteil (27) vorgesehen ist, und
b) daß das Verhältnis von Breite W des Schwingungsabschnitts (26) zu der Breite W 0 des Brückenabschnitts innerhalb der Grenzwerte 0,015≦W 0/W≦0,200 und
c) daß das Verhältnis der Länge L 1 des elastischen Teils (30) zu dessen Breite W 1 innerhalb der Grenzwerte 5≦L 1/W 1≦25 liegt.

2. Schwinger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsteil (27) in einem mittleren Bereich des Dämpfungsteils (28) vorgesehen ist.

3. Schwinger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Breite W 1 des elastischen Teils (30), die Breite W 2 des Dämpfungsteils (28), den Abstand W 3 zwischen dem elastischen Teil (30) und dem Dämpfungsteil (28) und die Breite W 0 des Brückenabschnitts (31) die folgenden Beziehungen erfüllt sind: 0,3 ≦ W 1/W 2 ≦1,2
W 1 ≦ 1,5 × W 0
0,2 ≦ W 1/W 3 ≦ 2,0.

4. Schwinger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Breite W zu der Länge L des Schwingungsabschnitts (26) innerhalb der Grenzwerte 0,8≦W/L≦1,0 liegt.

5. Schwinger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenschicht auf der Oberfläche des Schwingungsabschnitts (26) in einem an den Brückenabschnitt (31) angrenzenden Bereich (36 a bzw. 37 a) entfernt ist bzw. eine größere Dicke aufweist (Fig. 16 und 17).

6. Schwinger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Plättchen aus einem Quarzkristall mit einem derartigen Schnitt hergestellt ist, daß die YZ-Ebene um die X-Achse (elektrische Achse) um einen Winkel zwischen 45° und 65° gedreht ist, und daß in der XZ′-Ebene ein Drehwinkel von ±40° bis 50° vorgesehen ist (Fig. 4 und 5).