JP2592280B2 - Vertical crystal oscillator - Google Patents
Vertical crystal oscillatorInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、1M Hz前後と中周波数帯域をカバーする縦
水晶振動子に関する。特に、その振動子形状に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a vertical quartz crystal resonator covering about 1 MHz and a middle frequency band. In particular, it relates to the vibrator shape.
本発明は、振動モレの非常に少ない、且つ、耐衝撃性
に優れた縦水晶振動子を提供することにある。水晶は物
理的、化学的に大変に安定した物質であり、従って、こ
れから形成される、いわゆる水晶振動子は損失抵抗の小
さい、高いＱ値を持った振動子を得ることができる。し
かしながら、このように優れた特性が得られるのは、振
動モレの小さい振動子形状の設計がなされて初め得られ
るのである。本発明では振動部と支持部がエッチング法
によって一体に形成された縦水晶振動子の支持部の形状
を工夫、改善することにより振動部のエネルギーを振動
部内部に取じ込めることができ、且つ、耐衝撃性を向上
させることができる。即ち、本発明の目的は、振動モレ
の小さい、耐衝撃性に優れた縦水晶振動子を得ることに
ある。An object of the present invention is to provide a vertical quartz crystal resonator having very little vibration leakage and having excellent impact resistance. Quartz is a physically and chemically very stable substance. Therefore, a so-called crystal resonator formed therefrom can obtain a resonator having a small loss resistance and a high Q value. However, such excellent characteristics can be obtained only when the shape of the vibrator with small vibration leakage is designed. In the present invention, the energy of the vibrating part can be taken into the vibrating part by devising and improving the shape of the supporting part of the vertical crystal resonator in which the vibrating part and the supporting part are integrally formed by the etching method, and And impact resistance can be improved. That is, an object of the present invention is to obtain a vertical quartz crystal resonator having small vibration leakage and excellent impact resistance.
振動部と支持部をエッチング法によって一体に形成さ
れた従来の縦水晶振動子は支持部フレームの幅が一様、
且つ、同一方向に形成され、その端部がマウントされる
ため、振動部のエネルギーがマウント部まで伝わり、振
動モレの原因となっていた。そのために、損失抵抗R1の
小さい縦水晶振動子を得ることができなかった。又、衝
撃に対しては、振動部が自由度を持ち合わせていないの
で、振動部に直接大きな衝撃が加わり、折れなどの問題
が生じていた。The conventional vertical quartz crystal unit in which the vibrating part and the supporting part are integrally formed by the etching method has a uniform width of the supporting part frame,
In addition, since they are formed in the same direction and their ends are mounted, the energy of the vibrating part is transmitted to the mounting part, which causes vibration leakage. Therefore, it was not possible to obtain a small longitudinal quartz crystal resonator loss resistance R 1. In addition, since the vibrating portion does not have a degree of freedom with respect to impact, a large impact is directly applied to the vibrating portion, causing problems such as breakage.
このために、損失抵抗R1の上昇に対しては増幅器の増
幅度を高める等して対応してきたが消費電流が多くなる
等の欠点があり、ひどい時には機器に配置したときに、
振動モレが大きく発振停止するという大きな問題が生じ
ていた。そこで、本発明は、この振動モレの非常に小さ
い縦水晶振動子を提案するものである。即ち、振動モレ
の非常に小さい形状を提供するものである。一方、耐衝
撃性に対しては衝撃による振動子への応力集中を回避す
る形状を提供するものである。Therefore, there are drawbacks such as have been associated with such increasing the amplification factor of the amplifier increases the consumption current with the rise of the loss resistance R 1, when placed in the device when severe,
There has been a large problem that vibration leakage is large and oscillation stops. Therefore, the present invention proposes a vertical crystal resonator having a very small vibration leakage. That is, it provides a very small shape of vibration leakage. On the other hand, with respect to impact resistance, the present invention provides a shape that avoids stress concentration on the vibrator due to impact.
第１図は本発明の縦水晶振動子の原理を説明するため
の簡略化した図である。振動子１は振動部２と支持部３
から成り、支持部３は一端固定、他端支持という条件で
固定されていると考えることができる。又、振動部２は
長さL1,幅W1,厚みＴで表わし、支持部３は長さL2,幅W2
で表すと、今、振動子１の振動部２は矢印Ａで示したよ
うに、伸びの変位をすると、支持部３は当然矢印Ｂで示
すごとく内側に曲げのモードを発生する。ここでは屈曲
モードを起こす部分を屈曲部５で示す。逆に、振動部２
が縮めば、支持部３の屈曲部５は外側に曲げのモードを
発生する。即ち、本発明では、振動部２の幅方向の変位
を支持部３の屈曲モードに変換することによって、その
振動の自由度を抑圧しないようにしている。そして、実
際には、振動を抑圧しない寸法がある。この形状寸法は
振動部２の歪みエネルギーによって決まる。即ち、振動
部２の歪みエネルギーをU1,屈曲部の歪みエネルギーをU
2とするとU1,U2は次式で表される。FIG. 1 is a simplified diagram for explaining the principle of the vertical quartz crystal resonator of the present invention. The vibrator 1 includes a vibrating part 2 and a supporting part 3
It can be considered that the support portion 3 is fixed under the condition that one end is fixed and the other end is supported. The vibrating part 2 is represented by a length L 1 , a width W 1 , and a thickness T, and the support part 3 is represented by a length L 2 , a width W 2
When the vibrating part 2 of the vibrator 1 undergoes elongation displacement as shown by the arrow A, the support part 3 naturally generates a bending mode inward as shown by the arrow B. Here, a portion where the bending mode occurs is indicated by a bent portion 5. Conversely, vibrating part 2
When the bending is reduced, the bending portion 5 of the supporting portion 3 generates a bending mode outward. That is, in the present invention, the displacement of the vibration section 2 in the width direction is converted into the bending mode of the support section 3 so that the degree of freedom of the vibration is not suppressed. Actually, there is a dimension that does not suppress vibration. The shape and size are determined by the strain energy of the vibrating part 2. That is, the distortion energy of the vibrating part 2 is U 1 , and the distortion energy of the bending part is U
2 to the U 1, U 2 is expressed by the following equation.
但し、応力T2,歪みS2,ヤング率E,断面２次モーメント
I,変位v,体積V1,V2,座標ｘを示す。又、縦水晶振動子の
振動を抑圧しない関係は式（１），（２）より次の関係
が成り立つ。 Where stress T 2 , strain S 2 , Young's modulus E, second moment of area
I, displacement v, volumes V 1 , V 2 , and coordinates x are shown. In addition, the relationship that does not suppress the vibration of the vertical quartz-crystal vibrator satisfies the following relationship from Expressions (1) and (2).
U1＞U2 ……（３） これにより、屈曲部５の寸法L2,W2が決定される。例
えば、本発明の周波数1M Hzのときの振動部の寸法は長
さL1＝2,6mm,W1＝80μm,T＝160μｍのとき、支持部の屈
曲部の寸法比W2/L2は0.16μｍ以下であれば良い。この
ように寸法を決めることにより、損失抵抗の小さい、且
つ、高いＱ値を持つ縦水晶振動子を得ることができる。
次に、振動モレについて述べる。第１図の簡略化した図
から分かるように、振動部２の振動エネルギーは支持部
３へブリッジ部４を介して伝達する。従って、支持部３
でのエネルギー損失を小さくすれば良い訳で、支持部３
のモードは屈曲モードに変換されるから、一端固定部の
マウントされる部分、即ち、固定部の質量が無限に大き
ければ、支持部３のエネルギーはモレないことになる。
同様に、他端支持の条件を持つ支持部３は自由にするこ
とによって、エネルギーモレをなくすことができる。換
言するならば、本発明は、振動部２から伝わる支持部３
の屈曲モードに変換する形状、即ち、幅Ｗと長さＬの比
W/Lを選択することにより、振動部の振動を自由にし、
且つ、屈曲モードする部分と接続する部分の質量を大き
く、更に、自由にすることによって本発明の目的を達成
するものである。U 1 > U 2 (3) Accordingly, the dimensions L 2 and W 2 of the bent portion 5 are determined. For example, when the frequency of the vibration part of the present invention is 1 MHz, the length L 1 = 2.6 mm, W 1 = 80 μm, and T = 160 μm, the dimensional ratio W 2 / L 2 of the bent part of the support part is It may be 0.16 μm or less. By determining the dimensions in this way, it is possible to obtain a vertical quartz crystal resonator having a small loss resistance and a high Q value.
Next, vibration leakage will be described. As can be seen from the simplified diagram of FIG. 1, the vibration energy of the vibration part 2 is transmitted to the support part 3 via the bridge part 4. Therefore, the support 3
It is sufficient to reduce the energy loss in the support part 3
Is converted into a bending mode, so that if the mass of the fixed portion at one end, that is, the fixed portion is infinitely large, the energy of the support portion 3 will not leak.
Similarly, energy leakage can be eliminated by making the support portion 3 having the condition of supporting the other end free. In other words, the present invention relates to the support portion 3 transmitted from the vibrating portion 2.
Shape, ie, the ratio of width W to length L
By selecting W / L, the vibration of the vibrating part is free,
In addition, the object of the present invention is achieved by increasing the mass of the portion connected to the portion that bends and making it free.
このように、本発明の振動部と支持部から構成され
る、エッチング法によって形成される縦水晶振動子の支
持部の形状寸法を改善することにより、損失抵抗の小さ
い、且つ、高いＱ値を有する縦水晶振動子を得ることが
できる。同時に、支持部の振動モードを解析することに
より、振動モレの小さい縦水晶振動子が得られる。As described above, by improving the shape and size of the supporting portion of the vertical quartz-crystal vibrator formed by the etching method, which is configured by the vibrating portion and the supporting portion of the present invention, a small Q value and a low loss resistance A vertical crystal resonator having the same can be obtained. At the same time, by analyzing the vibration mode of the support portion, a vertical quartz crystal resonator having small vibration leakage can be obtained.
次に、本発明にて得られた結果を具体的に述べる。第
２図は本発明の縦水晶振動子の一実施例で、振動子１は
振動部２と支持部３から構成されていて、エッチング法
によって一体に形成されている。Next, the results obtained by the present invention will be specifically described. FIG. 2 shows an embodiment of a vertical quartz-crystal vibrator according to the present invention. A vibrator 1 is composed of a vibrating part 2 and a support part 3, and is integrally formed by an etching method.
振動部２は外部からの電界駆動（図示されてない。）
にて、長手方向の伸縮運動をするが、それと同時に、そ
の垂直方向、即ち、ブリッジ部４の方向にも同様の振動
をする。この時に、まず、振動部２の長手方向の振動を
自由に励振するには、ブリッジ部４方向の振動を十分に
自由にすることが大切で、そのために、本発明では支持
部３の屈曲部５の長さＬと幅Ｗの比によって、即ち、周
波数が1M Hzの場合、W/Lが0.16以下であれば、長手方向
の振動の抑圧を防止することができる。次に、振動モレ
について説明する。振動子は振動部２からブリッジ部４
を介して屈曲部５への一体にエッチング法によって形成
され、その端部はフレーム６に接続される。このとき屈
曲部５は屈曲モードで振動するが、一端がフレーム６に
接続され、他端は振動部２囲むようにして自由に振動で
きる構造となっているので、即ち、一端は固定、他端は
支持という境界条件を持つ振動をする。それ故、フレー
ム６の質量を大きくすると支持部３の先端部にエネルギ
ーを閉じ込めることができるので、マウント部７で固定
しても、全く振動モレのない縦水晶振動子が得られる。
次に、耐衝撃性について述べる。第２図の実施例におい
て、紙面に垂直方向は厚みが約160μｍと厚いので衝撃
に対して強い。むしろ、紙面と平行な方向の衝撃に対し
ては、接続部９に応力が集中し、折れの原因となる。そ
れ故、本発明では接続部９に応力集中が起こらない支持
部形状を提供するものであり、支持部３に突出部８を設
けることによって、衝撃時における屈曲部の先端振幅を
小さくすることができる。この結果、接続部９での応力
集中は小さくなり、折れなくなる。The vibration unit 2 is driven by an external electric field (not shown).
At the same time, a longitudinal expansion and contraction movement is performed, and at the same time, a similar vibration is made in the vertical direction, that is, in the direction of the bridge portion 4. At this time, first, in order to freely excite the vibration in the longitudinal direction of the vibrating portion 2, it is important that the vibration in the direction of the bridge portion 4 be sufficiently free. 5. According to the ratio of the length L to the width W, that is, when the frequency is 1 MHz, if W / L is 0.16 or less, suppression of longitudinal vibration can be prevented. Next, vibration leakage will be described. The vibrator moves from the vibrating part 2 to the bridge part 4
Is formed integrally with the bent portion 5 by an etching method, and its end is connected to the frame 6. At this time, the bending portion 5 vibrates in the bending mode, but one end is connected to the frame 6 and the other end has a structure capable of freely vibrating so as to surround the vibrating portion 2, that is, one end is fixed and the other end is supported. It vibrates with the boundary condition. Therefore, if the mass of the frame 6 is increased, energy can be confined at the tip of the support portion 3, so that a vertical quartz-crystal vibrator with no vibration leakage can be obtained even if the frame 6 is fixed.
Next, the impact resistance will be described. In the embodiment of FIG. 2, the thickness in the direction perpendicular to the paper is as thick as about 160 μm, so that it is strong against impact. Rather, with respect to an impact in a direction parallel to the paper surface, stress concentrates on the connection portion 9 and causes a break. Therefore, the present invention provides a supporting portion shape in which stress concentration does not occur in the connecting portion 9. By providing the supporting portion 3 with the protruding portion 8, it is possible to reduce the tip amplitude of the bent portion at the time of impact. it can. As a result, stress concentration at the connection portion 9 is reduced, and the connection portion 9 is not broken.
以上述べたように、本発明は振動部と支持部をエッチ
ング法によって一体に形成する縦水晶振動子において、
新形状の縦水晶振動子を提案することにより、次の著し
い効果を有する。As described above, the present invention relates to a vertical quartz crystal resonator in which a vibrating portion and a supporting portion are integrally formed by an etching method.
By proposing a new vertical quartz crystal resonator, the following remarkable effects can be obtained.
支持部の形状寸法を改善することにより、振動を自
由にさせることができるので、損失抵抗が小さくなる。By improving the shape and dimensions of the support portion, vibration can be made free, so that loss resistance is reduced.
支持部に突出部を設けることにより、耐衝撃性を向
上させることができる。By providing the protruding portion on the support portion, impact resistance can be improved.
屈曲部をマウント部と逆の方向のフレームに接続
し、又、フレームは質量効果が在るので、振動モレが小
さくなる。The bent portion is connected to the frame in the direction opposite to the mount portion, and since the frame has a mass effect, vibration leakage is reduced.
片側でマウントするので、製造が容易、且つ、小型
化ができる。Since the mounting is performed on one side, the manufacturing is easy and the size can be reduced.
第１図は本発明の縦水晶振動子の原理を説明するための
簡略化した平面図である。 第２図は本発明の縦水晶振動子形状寸法の一実施例を示
す平面図である。 １……振動子 ２……振動部 ３……支持部 ４……ブリッジ部 ５……屈曲部 ６……フレーム ７……マウント部 ８……突出部 ９……接続部 Ｌ……屈曲部の長さ Ｗ……屈曲部の幅FIG. 1 is a simplified plan view for explaining the principle of the vertical quartz crystal resonator of the present invention. FIG. 2 is a plan view showing an embodiment of the shape and dimensions of the vertical quartz crystal resonator of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vibrator 2 ... Vibration part 3 ... Support part 4 ... Bridge part 5 ... Bend part 6 ... Frame 7 ... Mount part 8 ... Protrusion part 9 ... Connection part L ... Bend part Length W: Width of bent part
Claims (1)
振動部の中央部にそれぞれ背反方向にそれぞれ一端で接
続された一対のブリッジ部と、それぞれの前記ブリッジ
部の他端に接続され、前記振動部を取り囲むように形成
された屈曲部と、前記屈曲部の外周一部にて前記振動部
の長さ方向と直角方向に接続されたフレームと、前記フ
レームの両端と端部にて接続され前記振動部と平行に形
成された一対の支持部と、前記それぞれの支持部の他端
部に接続されたマウント部とから構成され、前記振動
部、前記ブリッジ部、前記屈曲部、前記フレーム、前記
支持部と前記マウント部とはエッチング法にて一体的に
形成された縦水晶振動子において、前記それぞれの支持
部に、それぞれ近傍の前記屈曲部方向に向かって突出部
を設けたことを特徴とする縦水晶振動子。1. A vibrating portion that extends and contracts in a longitudinal direction, a pair of bridge portions connected to a central portion of the vibrating portion at one end in opposite directions, and connected to the other end of each of the bridge portions. A bent portion formed so as to surround the vibrating portion, a frame connected at a part of the outer periphery of the bent portion in a direction perpendicular to the length direction of the vibrating portion, at both ends and ends of the frame. A pair of support portions connected to and formed in parallel with the vibration portion, and a mount portion connected to the other end of each of the support portions, wherein the vibration portion, the bridge portion, the bending portion, In a vertical quartz crystal unit in which the frame, the support portion, and the mount portion are integrally formed by an etching method, each of the support portions is provided with a protruding portion in the vicinity of the bent portion. Features Vertical quartz oscillator for.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63035984A JP2592280B2 (en) | 1988-02-18 | 1988-02-18 | Vertical crystal oscillator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63035984A JP2592280B2 (en) | 1988-02-18 | 1988-02-18 | Vertical crystal oscillator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01212011A JPH01212011A (en) | 1989-08-25 |
| JP2592280B2 true JP2592280B2 (en) | 1997-03-19 |
Family
ID=12457136
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63035984A Expired - Lifetime JP2592280B2 (en) | 1988-02-18 | 1988-02-18 | Vertical crystal oscillator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2592280B2 (en) |
Families Citing this family (3)
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|---|---|---|---|---|
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| JP4685910B2 (en) * | 2008-09-29 | 2011-05-18 | 日本電波工業株式会社 | Piezoelectric device |
| JP5703576B2 (en) * | 2010-03-24 | 2015-04-22 | セイコーエプソン株式会社 | Vibration device |
Family Cites Families (3)
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| JPS5937722A (en) * | 1982-08-26 | 1984-03-01 | Matsushima Kogyo Co Ltd | Longitudinal oscillation type piezoelectric oscillator |
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| JPS6070810A (en) * | 1983-09-27 | 1985-04-22 | Matsushima Kogyo Co Ltd | Longitudinal vibration type piezoelectric vibrator |
-
1988
- 1988-02-18 JP JP63035984A patent/JP2592280B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01212011A (en) | 1989-08-25 |
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