JP2696104B2 - 縦水晶振動子 - Google Patents
縦水晶振動子Info
- Publication number
- JP2696104B2 JP2696104B2 JP62209525A JP20952587A JP2696104B2 JP 2696104 B2 JP2696104 B2 JP 2696104B2 JP 62209525 A JP62209525 A JP 62209525A JP 20952587 A JP20952587 A JP 20952587A JP 2696104 B2 JP2696104 B2 JP 2696104B2
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- Japan
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- bridge
- vibrator
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- vertical
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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、1MHz前後と中周波数を有する縦水晶振動子
に関する。特に、その振動子形状に関する。 〔発明の概要〕 本発明は、振動モレの非常に少ない縦水晶振動子を提
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て得られるのである。本発明は振
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、特徴に、ブリッジ部の形状を工
夫することにより、振動部のエネルギーを振動部内部に
閉じ込めることができる。即ち、振動モレの小さい縦水
晶振動子を得ることにある。 〔従来の技術〕 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のフレームの幅が一
様、且つ、片側の同一方向に形成され、その端部でマウ
ントされる形状であった。それ故、この形状では、水晶
の結晶軸方向によってエッチングスピードが異なるた
め、振動部と支持部を接続するブリッジ部付近でのエッ
チング後の形状が一様に対称にならず、支持部の振動が
非対称となる。また、従来、振動部ブリッジ、部及び屈
曲部との接続部は、直線的に接続されていた。つまり、
接続部にはそれぞれ隅が形成されていた。そして、縦水
晶振動子の形状がエッチング法により形成される際に、
エッチング液は、その隅の部分では対流しにくくなり、
エッチングスピードは遅くる。このエッチング液の対流
の悪さは、各隅によってバラツキが生じ易くなり、結晶
軸方向によるエッチングスピードの相違とあいまって、
形状の対称性を損ねることになる。このことは、振動部
と屈曲部との間隔が例えば200μｍと非常に狭く、これ
もエッチング液の対称の悪さバラツキを更にもたらすこ
ととなっていた。その結果、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。 〔発明が解決しようとする問題点〕 このために、IC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くなる形状を提供す
るものである。 〔問題点を解決するための手段〕 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。振動子１は振動部２と支持
部３からなり、この支持部３は屈曲部４とブリッジ部５
から構成されている。又、支持部３は片側で、長さL1、
幅W1で固定という境界条件で、固定されていると考える
ことができる。更に、振動部２を長さL2、幅W2、厚みＴ
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４で示す。逆に、振動部２
が縮めば、支持部３の屈曲部４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、振動を抑圧しない形状、寸法がある。この形状、
寸法は振動部２と支持部３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U2とすると、U1、U2は次式で表され
る。 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。 U1＞U2 …（３） これより、屈曲部４の形状と寸法L1、L2、W2等が決定
される。例えば、本発明の周波数1MHzのときの振動部の
寸法は長さL2＝2.6mm、W2＝80μｍ、Ｔ＝160μｍのと
き、支持部の屈曲部の寸法比W1/L1は0.16以下であれば
良い。但し、幅W1は一定でなく、屈曲部の中心をW1とし
た時に前記関係は成り立つ。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図の簡略化した平面図から分かるよう
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
いわけで、支持部３のモードは屈曲モードに変換される
から、片側部のマウントされる部分、即ち、固定部の質
量が無限大であれば、支持部３のエネルギーはモレない
ことになる。それ故、本発明では支持部の屈曲部の幅W1
を固定部に行くにつれて広くして質量を増し、エネルギ
ー閉じ込め効果を大きくしている。更に、本発明では、
エッチング法によって振動子を形成する場合、水晶は結
晶学的に異方性であるために、振動子形状が左右対称に
ならない。このために振動の非線形を起こし、振動モレ
の原因となっていた。即ち、本発明では、エッチング法
によって振動子を形成しても、振動部２と支持部３の間
の形状、即ち、ブリッジ部の形状が２面ともほぼ同じに
なるようにＲ面を設けている。つまり、本発明において
は、極力、振動部、ブリッジ部及び屈曲部との接続部の
隅を解消するものであり、振動部、ブリッジ部及び屈曲
部との全ての接続部は、Ｒ形状にて丸められている。特
徴に、エッチング液が滞留する隅部分を最も広く開放す
るために、それぞれのブリッジ部の両側は振動部の側面
及び屈曲部の側面とをまたがる１つのＲの形状に形成さ
れて、それぞれのブリッジ部中央部にて幅が最小にした
ものである。これにより、エッチング液の滞留を解消
し、エッチングスピードのバラツキをなくし、エッチン
グスピードを他の部分と同じにしたものである。この
際、結晶軸方向によるエッチングスピードの相違は発生
するが、エッチング液の滞留がなくなり、エッチングス
ピードが速くなるので、実質的問題は発生しないもので
ある。そして、このような形状を与えることによって振
動子の対称性を確保し、本発明の目的を達成するもので
ある。 〔作用〕 このように、本発明は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。 〔実施例〕 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の平面図で、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。振動部２は外
部からの電解駆動（図示されていない）にて、長手方向
に伸縮運動をするが、それと同時に、その垂直方向、即
ち、ブリッジ部５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振動する
には、ブリッジ部５方向の振動を十分に自由にすること
が大切である。本発明では支持部３の屈曲部４の長さＬ
と幅Ｗ（一定ではないが、屈曲部の中心の幅とする）の
比によって、即ち、周波数が約1MHz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、振動モレは、振動部２の両側に設けられた
支持部３が対称になるようにエッチング法にて形成すれ
ば良いから、そのためには、ブリッジ部５の４面にＲ面
を設ければよい。更に詳述すると、Ｒ面は、それぞれの
ブリッジ面の両側に、振動部の側面及び屈曲部の側面と
をまたがる形状に形成されて、それぞれのブリッジ部の
幅は、中央部にて最小になっている。更に、屈曲部の形
状はブリッジ部５付近の幅を小さくし、マウント部６に
近づくにつれて幅は大きくし、質量を大きくしている。
このような形状にすることによって、マウント部６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。
第３図は本発明の縦水晶振動子の他の実施例の平面図
で、振動子１は振動部２と支持部３から構成されてい
る。又、支持部３は屈曲部４とブリッジ部５からなり、
マウント部６に接続されている。本実施例では、屈曲部
４の幅が一様でなく、マウント部６に近づくにつれて広
くなっている。特に、内側に幅が広くなっている。この
ような形状でも、振動モレのない縦水晶振動子が得られ
る。 〔発明の効果〕 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。 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。 支持部のブリッジ部にＲ面を設けたので、エッチン
グ法にて振動子を形成した場合、対称性が得られ、振動
モレが小さくなる。 マウント部に近い屈曲部の幅を広くし、質量を大き
くしたので、振動モレが小さくなる。 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。
に関する。特に、その振動子形状に関する。 〔発明の概要〕 本発明は、振動モレの非常に少ない縦水晶振動子を提
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て得られるのである。本発明は振
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、特徴に、ブリッジ部の形状を工
夫することにより、振動部のエネルギーを振動部内部に
閉じ込めることができる。即ち、振動モレの小さい縦水
晶振動子を得ることにある。 〔従来の技術〕 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のフレームの幅が一
様、且つ、片側の同一方向に形成され、その端部でマウ
ントされる形状であった。それ故、この形状では、水晶
の結晶軸方向によってエッチングスピードが異なるた
め、振動部と支持部を接続するブリッジ部付近でのエッ
チング後の形状が一様に対称にならず、支持部の振動が
非対称となる。また、従来、振動部ブリッジ、部及び屈
曲部との接続部は、直線的に接続されていた。つまり、
接続部にはそれぞれ隅が形成されていた。そして、縦水
晶振動子の形状がエッチング法により形成される際に、
エッチング液は、その隅の部分では対流しにくくなり、
エッチングスピードは遅くる。このエッチング液の対流
の悪さは、各隅によってバラツキが生じ易くなり、結晶
軸方向によるエッチングスピードの相違とあいまって、
形状の対称性を損ねることになる。このことは、振動部
と屈曲部との間隔が例えば200μｍと非常に狭く、これ
もエッチング液の対称の悪さバラツキを更にもたらすこ
ととなっていた。その結果、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。 〔発明が解決しようとする問題点〕 このために、IC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くなる形状を提供す
るものである。 〔問題点を解決するための手段〕 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。振動子１は振動部２と支持
部３からなり、この支持部３は屈曲部４とブリッジ部５
から構成されている。又、支持部３は片側で、長さL1、
幅W1で固定という境界条件で、固定されていると考える
ことができる。更に、振動部２を長さL2、幅W2、厚みＴ
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４で示す。逆に、振動部２
が縮めば、支持部３の屈曲部４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、振動を抑圧しない形状、寸法がある。この形状、
寸法は振動部２と支持部３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U2とすると、U1、U2は次式で表され
る。 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。 U1＞U2 …（３） これより、屈曲部４の形状と寸法L1、L2、W2等が決定
される。例えば、本発明の周波数1MHzのときの振動部の
寸法は長さL2＝2.6mm、W2＝80μｍ、Ｔ＝160μｍのと
き、支持部の屈曲部の寸法比W1/L1は0.16以下であれば
良い。但し、幅W1は一定でなく、屈曲部の中心をW1とし
た時に前記関係は成り立つ。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図の簡略化した平面図から分かるよう
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
いわけで、支持部３のモードは屈曲モードに変換される
から、片側部のマウントされる部分、即ち、固定部の質
量が無限大であれば、支持部３のエネルギーはモレない
ことになる。それ故、本発明では支持部の屈曲部の幅W1
を固定部に行くにつれて広くして質量を増し、エネルギ
ー閉じ込め効果を大きくしている。更に、本発明では、
エッチング法によって振動子を形成する場合、水晶は結
晶学的に異方性であるために、振動子形状が左右対称に
ならない。このために振動の非線形を起こし、振動モレ
の原因となっていた。即ち、本発明では、エッチング法
によって振動子を形成しても、振動部２と支持部３の間
の形状、即ち、ブリッジ部の形状が２面ともほぼ同じに
なるようにＲ面を設けている。つまり、本発明において
は、極力、振動部、ブリッジ部及び屈曲部との接続部の
隅を解消するものであり、振動部、ブリッジ部及び屈曲
部との全ての接続部は、Ｒ形状にて丸められている。特
徴に、エッチング液が滞留する隅部分を最も広く開放す
るために、それぞれのブリッジ部の両側は振動部の側面
及び屈曲部の側面とをまたがる１つのＲの形状に形成さ
れて、それぞれのブリッジ部中央部にて幅が最小にした
ものである。これにより、エッチング液の滞留を解消
し、エッチングスピードのバラツキをなくし、エッチン
グスピードを他の部分と同じにしたものである。この
際、結晶軸方向によるエッチングスピードの相違は発生
するが、エッチング液の滞留がなくなり、エッチングス
ピードが速くなるので、実質的問題は発生しないもので
ある。そして、このような形状を与えることによって振
動子の対称性を確保し、本発明の目的を達成するもので
ある。 〔作用〕 このように、本発明は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。 〔実施例〕 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の平面図で、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。振動部２は外
部からの電解駆動（図示されていない）にて、長手方向
に伸縮運動をするが、それと同時に、その垂直方向、即
ち、ブリッジ部５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振動する
には、ブリッジ部５方向の振動を十分に自由にすること
が大切である。本発明では支持部３の屈曲部４の長さＬ
と幅Ｗ（一定ではないが、屈曲部の中心の幅とする）の
比によって、即ち、周波数が約1MHz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、振動モレは、振動部２の両側に設けられた
支持部３が対称になるようにエッチング法にて形成すれ
ば良いから、そのためには、ブリッジ部５の４面にＲ面
を設ければよい。更に詳述すると、Ｒ面は、それぞれの
ブリッジ面の両側に、振動部の側面及び屈曲部の側面と
をまたがる形状に形成されて、それぞれのブリッジ部の
幅は、中央部にて最小になっている。更に、屈曲部の形
状はブリッジ部５付近の幅を小さくし、マウント部６に
近づくにつれて幅は大きくし、質量を大きくしている。
このような形状にすることによって、マウント部６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。
第３図は本発明の縦水晶振動子の他の実施例の平面図
で、振動子１は振動部２と支持部３から構成されてい
る。又、支持部３は屈曲部４とブリッジ部５からなり、
マウント部６に接続されている。本実施例では、屈曲部
４の幅が一様でなく、マウント部６に近づくにつれて広
くなっている。特に、内側に幅が広くなっている。この
ような形状でも、振動モレのない縦水晶振動子が得られ
る。 〔発明の効果〕 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。 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。 支持部のブリッジ部にＲ面を設けたので、エッチン
グ法にて振動子を形成した場合、対称性が得られ、振動
モレが小さくなる。 マウント部に近い屈曲部の幅を広くし、質量を大き
くしたので、振動モレが小さくなる。 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。
【図面の簡単な説明】
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。 第３図は本発明の縦水晶振動子形状寸法の他の実施例を
示す平面図である。 １……振動子 ２……振動部 ３……支持部 ４……屈曲部 ５……ブリッジ部 ６……マウント部 L1,L2,L……長さ W1,W2,W……幅
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。 第３図は本発明の縦水晶振動子形状寸法の他の実施例を
示す平面図である。 １……振動子 ２……振動部 ３……支持部 ４……屈曲部 ５……ブリッジ部 ６……マウント部 L1,L2,L……長さ W1,W2,W……幅
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭59−139715（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−222611（ＪＰ，Ａ)
特開 昭52−136595（ＪＰ，Ａ)
特開 昭54−116862（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−43622（ＪＰ，Ａ)
実開 昭59−137629（ＪＰ，Ｕ)
実開 昭58−184920（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．全体がエッチング法にて一体に形成され、長手方向
に振動する棒状の振動部と、前記振動部の中央部で振動
部の長手方向と左右垂直な方向に設けられた一対のブリ
ッジ部と、前記それぞれのブリッジ部先端に前記振動部
の長手方向と平行に設けられた屈曲部と、前記それぞれ
の屈曲部の端部に接続され、振動子全体として固定する
ための１つのマウント部より成る縦水晶振動子におい
て、前記それぞれの屈曲部の幅は前記ブリッジ部から前
記マウント部の方向に徐々に広く形成され、前記それぞ
れのブリッジ部の両側は前記振動部の側面及び前記屈曲
部の側面とをまたがる１つのＲの形状に形成されて前記
それぞれのブリッジ部中央部にて幅が最小にし、前記振
動子全体として前記振動部の長手方向軸に対して対称に
形成されたことを特徴とする縦水晶振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62209525A JP2696104B2 (ja) | 1987-08-24 | 1987-08-24 | 縦水晶振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62209525A JP2696104B2 (ja) | 1987-08-24 | 1987-08-24 | 縦水晶振動子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6451816A JPS6451816A (en) | 1989-02-28 |
| JP2696104B2 true JP2696104B2 (ja) | 1998-01-14 |
Family
ID=16574232
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62209525A Expired - Lifetime JP2696104B2 (ja) | 1987-08-24 | 1987-08-24 | 縦水晶振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2696104B2 (ja) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52136595A (en) * | 1976-05-11 | 1977-11-15 | Seiko Epson Corp | Vertical oscillating piezoelectric resonator |
| JPS58184920U (ja) * | 1982-05-31 | 1983-12-08 | キンセキ株式会社 | 輪郭水晶振動子 |
| JPS58222611A (ja) * | 1982-06-18 | 1983-12-24 | Kinseki Kk | 輪郭水晶振動子 |
| JPS59139715A (ja) * | 1983-01-31 | 1984-08-10 | Kinseki Kk | 輪郭圧電振動子 |
| JPS59137629U (ja) * | 1983-03-04 | 1984-09-13 | キンセキ株式会社 | 輪郭水晶振動子 |
-
1987
- 1987-08-24 JP JP62209525A patent/JP2696104B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6451816A (en) | 1989-02-28 |
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