JP2639527B2 - 双ビーム圧電共振子の構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は極めて高い共振の尖鋭度（Ｑ）を得ること及
び振動部の形状を工夫すればストレスに対して顕著な周
波数応答を得ることが可能である故殊に出力或は加速度
センサとしての応用が注目されている双ビーム圧電共振
子の構造に関する。

（従来技術） 双ビーム共振子は２本の長柱（ビーム）を所望の間隙
を介して並行に配列すると共に前記両ビームの端部を結
合せしめた形状を有するものであって従来はこれを金属
の一体加工にて形成した上でそのビーム表面に圧電素子
を貼着し両ビーム間に相互に180゜位相の異なる振動を
生ぜしめる如く励振するものであった。

しかしながら斯る構造物は当該共振斯の双方のビーム
に均等なストレスを加えることが極めて困難である故双
方のビームの共振周波数に差異が生じ大きな測定誤差を
生ずると共に振動エネルギの支持部からの漏洩によりＱ
が著しく低下し極端な場合には発振が停止する可能性を
有するという重大な欠陥があった。

この問題を解決するため本願発明者は特願昭60−2826
12において振動部たる双ビームと支持部との間に両ビー
ムの間隙を含む振動部幅員より少しく幅の大きい境界部
を設けることによって双方のビームに均等にストレスが
加わるようにした双ビーム圧電共振子を提案した。

しかしながら，上述した如き共振子も振動エネルギの
支持部への漏洩という観点からは未だ不十分なものであ
って満足すべきＱが得られないという欠点があった。

（発明の目的） 本発明は上述した如き従来の双ビーム圧電共振子の欠
陥を除去すべくなされたものであって，振動部たるビー
ムと当該ビームへのストレス印加部たるビーム両端の支
持部との境界部の形状を工夫することによって振動エネ
ルギ漏洩が極めて少ない双ビーム圧電共振子を提供する
ことを目的とする。

（発明の概要） 上述の目的を達成する為，本発明に係る双ビーム圧電
共振子は振動部たる双ビームと支持部との間に設けた境
界部両外側に所望の深さの切欠を設けたものである。

（発明の実施例） 以下，本発明を図面に示す実施例によって詳細に説明
する。

先ず，本発明の理解を容易にする為，本願発明者が既
に提案した双ビーム圧電共振子について第２図を用いて
簡単に説明する。

本図に於いて１は振動部たる柱状ビームであって該ビ
ーム１の両端を該部の幅員より少しく幅の大なる境界部
２を介して大面積の支持部３に結合したものである。

斯くすることによって支持部３に加わるストレスが前
記双ビーム１の中心線を正確に通らない場合に於ても前
記境界部２の作用により双方のビームに加わるストレス
を均等に付加することが出来る。

しかしながら，この様な工夫を共振子に施してもなお
振動エネルギの漏洩は少なからず発生し十分満足すべき
Ｑが得られないこと前述の通りである。

この問題を解決するため本発明の双ビーム圧電共振子
は第１図に示すごとき構成をとる。

即ち前記境界部２の両外側に所要の深さの切欠４を設
けるものである。

この切欠４を設けた効果についての実験結果を以下に
詳述する。

第３図は本発明に係る切欠の効果を示す実験データの
図である。

本実験に於いて使用した双ビーム圧電共振子は同図に
示す如き形状を有するものであって厚さ0.2mmの回転Ｚ
カット水晶をエッチングによって形成したものである。

回転Ｚカット水晶とは零温度係数の頂点温度を所望の
温度に定めるため最適なカットにＸ軸の回りに若干偏角
したＺカット水晶をいう。

本図は縦軸として上記共振子の支持部固定時と非固定
時の無負荷励振周波数の偏差を，横軸としては境界部の
張り出し幅X₁を取り切欠の深さX₂をパラメータとしたも
のである。

本図において右上りの太い実線（X₂＝0mm）本願発明
者が既に提案している境界部に切欠の無い双ビーム圧電
共振子のデータであって境界部の張り出し幅X₁が小なる
ほど振動エネルギの漏洩が小ないことを示している。こ
のことは前述した境界部を付する効果の説明と矛盾する
様に見えるが，境界部を付する効果は共振子のビームに
ストレスが加わった時に始めて発生するものであって本
実験の如く無負荷励振の際にはむしろ共振子の特性を幾
分低下させる方向に働くこと及び前記境界部の共振子長
手方向寸法が大となればこの曲線の勾配は一層緩やかに
なるということに注目されたい。もっとも境界部の前記
寸法を長大なものとすることは共振子サイズを大きくす
ることのみならずその強度をも低下させるものであるか
ら該部の寸法は適当な値に選ぶ必要があり本実験におい
ても1.5mmに固定してある。

以上の前提のもとにおいては本発明に係る切欠の共振
子長手方向寸法は自から適当な値を取らざるを得ずこれ
が多少変動しても共振子の特性に大きな影響を与えるこ
とは考え難い故0.3mmに固定し切欠の深さX₂を変化させ
共振子の特性を比較した。

その結果切欠の深さX₂が境界部の張り出し幅X₁の概ね
２倍程度（実用上は１乃至３倍）であれば振動エネルギ
の漏洩が最小となるということが判明した。

以上境界部２に付した切欠４の効果について説明した
が本発明は境界部の形状が第４図に示す如くビーム１の
外側から支持部３に向ってなだらかに幅員を増す様変化
するものに於いても同様の効果がある。

又双ビーム１の間に延存するスリット６の両端部は第
５図に示す様に前記境界部２の内部にまで延長した方が
スリット６端部のエッチング残による悪影響，即ち振動
部１と境界部２の境にスリット６端部のエッチング残が
存在するとビーム振部領域が不明瞭となり両ビームの振
動部の長さに差異が生ずるという悪影響を避ける上で好
都合である。

この場合スリット６の端部と前記切欠４の底部とが極
めて近接する可能性があり共振子強度上の問題が懸念さ
れる場合には切欠４の深さを前述した範囲内で適宜選択
すれば良い。

（発明の効果） 本発明は以上説明した如く構成したものであるから従
来の双ビーム圧電共振子の製造方法に何らの影響を与え
ることなくその振動エネルギの漏洩を大幅に減少しＱを
増大することから発振回路側の負担を減少し、外乱によ
る周波数の変動を押える上で著しい効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る双ビーム圧電共振子の構造の一実
施例を示す平面図，第２図は従来の双ビーム圧電共振子
の構造を示す平面図，第３図は本発明に係る切欠の効果
を示す実験結果の図，第４図及び第５図は夫々本発明の
他の実施例を示す平面図である。 １……柱状ビーム,2及び５……境界部,3……支持部,4…
…切欠,6……スリット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−138115（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−53126（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−54418（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−74416（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２本の柱状ビームを所要の間隙を介して並
   行に配列し前記両ビームの両端を夫々一体的に結合した
   双ビーム圧電共振子に於いて，前記両ビームの両端結合
   部（以下支持部と称する）の幅員を前記間隙を含む両ビ
   ーム（以下振動部と称する）のそれよりも大に，前記支
   持部と前記振動部との境界（以下境界部と称する）の幅
   員を前記支持部のそれより小，且つ前記振動部のそれよ
   り大とすると共に前記境界部両外側に所要の深さの切欠
   を設けたことを特徴とする双ビーム圧電共振子の構造。
2. 【請求項２】前記境界部の幅員を少なくとも１段の階段
   状としたことを特徴とする特許請求の範囲（１）記載の
   双ビーム圧電共振子の構造。
3. 【請求項３】前記切欠の深さを前記境界部のビーム側面
   から張出し幅の１乃至３倍としたことを特徴とする特許
   請求の（１）又は（２）記載の双ビーム圧電共振子の構
   造。
4. 【請求項４】前記境界部の幅員を前記支持部のそれから
   前記振動部のそれまで漸減せしめたことを特徴とする特
   許請求の範囲（１）記載の双ビーム圧電共振子の構造。
5. 【請求項５】前記両ビーム間の間隙を前記境界部内にま
   で延長したことを特徴とする特許請求の範囲（１）乃至
   （４）記載の双ビーム圧電共振子の構造。