JPH01229512A - 縦水晶振動子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ＩＭ）ｌｘ前後の中周波数帯をカバーする縦
水晶振動子に関する。特にその振動子の形状と電極に関
する。

〔発明の概要〕

本発明は、振動モレの非常に少ない、Ｒ１の小さい縦水
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
。

本発明では振動部と支持部がエツ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閉
じ込めることができる。即ち、本発明の目的は、振動モ
レの小さい縦水晶振動子を得ることにある。更に、本発
明は損失抵抗Ｒ１の小さ（なる励振電極とマウント部ま
での引き出し電極を提供することにある。

〔従来の技術〕

振動部と支持部をエン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、同一方向に形成され、その端部でマウントされる
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、Ｒｏ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課題〕

このために、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。更に、本発明では、励振効率の高い電掻
配置を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

第２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。また、振動部２は
長さし１．幅Ｗ１．厚みＴで表わし、支持部３は長さＬ
２＋輻Ｗ２で表わすと、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Ｕｌ、屈曲部の歪み
エネルギーをＵ２とすると、Ｕｌ、Ｕｔは次式％式％ 但し、応力下２゜歪みＳ２＋ヤング率Ｅ、断面２次モー
メントＩ、変位Ｖ１体積Ｖ、、Ｖよ、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［１１，ｆ
２１より、次の関係が成り立つ。

Ｕｌ　　＞　　Ｕｚ　　　　　　　　　　　　（３１こ
れより、屈曲部５の寸法り、、Ｗ、が決定される。

例えば、本発明の周波数ＩＭ）Ｉｚのときの振動部の寸
法は長さＬ　＋　−２，６１１１１，Ｗ　＋　　−８０
μＩＩ１．　Ｔ　＝　１６０　μｍのとき、支持部の屈
曲部の寸法比Ｗよ／Ｌｔは０、１６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２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ヘプリンジ部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と長さしの比
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ｆｌ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。

次に、損失抵抗Ｒ１が小さくなる励振電掻について述べ
る。第１図の縦水晶振動子は座標系から分かるようにＹ
軸方向に変位する。従って、Ｙ軸方向に歪みが多く発生
する電界印加方式を考えれば良い。即ち、水晶の圧電性
から、Ｘ軸、Ｙ軸。

Ｚ軸方向の電気偏極をＰ、、Ｐ、、Ｐ、とするとＰ　ｘ
　＝　ｉ　目ｅｌｌｌｌ＋　Ｅ　＋ｚｅｙｙ”　ａ　Ｉ
ａｅｙｘＰｙ＝−ε！Ｓ　ｅ　ｆｉＸ＋εｔｈ　ｅ　ｘ
ｙＰ　、　＝　Ｏ□　＋４１ 但し、ε３．、ε１２．ε１４＋　　’　２Ｓ＋　　６
２．は圧電定数、ｅ　ｘｘ＋　　ｅｙｙ＋　　ｅｙｍ＋
　　ｅ　ｍｘ＋　　ｅ　ｍｙは歪みを表わす。式（４）
から明らかなように、Ｙ軸方向に変位を起こさせるには
武（４）の第１弐を満足するように電界を印加すれば良
い、即ち、Ｘ軸方向に電界が印加されれば良い。換言す
るならば、Ｘ軸にほとんど垂直な面に電極を配置すれば
良い。

〔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、
エツ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。更に、Ｘ
軸に垂直な面に励振電極を設けるとＲ１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１
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、エツチング法に
よって一体に形成されている。

振動部２は外部からの電界クロム、即ち、電極８と電極
９に交番電圧を印加することによって、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
しと輻Ｗ（図示されていない、）の比によって即ち、Ｉ
ＭＨｚ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０次に、振動モ
レは、振動部２からプリフジ部４を介して屈曲部５へと
一体にエツチング法によって形成され、その端部はフレ
ーム６に接続されている。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を囲むようにして自由に振動できる構造になっ
ているので、即ち、一端は固定、他端は支持という境界
条件をもつ振動をする。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。

又、電極の配置は振動部２に電極８，９が設けられ、電
極８は屈曲部５の表面に介し、更に、外側のフレームを
通って、マウント部７まで配置されている。一方、電極
９も同様に屈曲部５を介して、外側のフレームを通って
マウント部７まで配置されている。従って、両電掻に交
番電圧を印加する事により振動を持続することができる
。〔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ツチン
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。

■　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あるので、振動モレが小さ
くなる。

■　励振電極は、Ｘ軸と垂直な面に設けられているので
、電界効率が良（、小さいＲ１を得ることができる。

■　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形状寸法の一実施例を示
す平面図である。 第２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。 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 ８．９・・電極 Ｌ・・・・屈曲部の長さ Ｗ・・・・屈曲部の輻 Ｌｌ　・・・振動部の長さ Ｗｌ　・・・振動部の輻 Ｔ・・・・厚み 以上 出願人　セイコー電子部品株式会社 代理人　セイコー電子工業株式会社 木ｔＩｌｌ＠バー寓兄庁１と示オ平面図第１図 本宅８ＩｌｌＩの撮動）の東王！乞設明Ｔろ１（的の簡
ヨ６化した千面図第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 振動部と支持部をエッチング法によって、一体に形成さ
   れた縦水晶振動子において、振動部と接続される屈曲部
   は前記振動子を囲み、屈曲部はマウント側と反対のフレ
   ームに接続され、且つ、振動電極はＸ軸にほとんど垂直
   な面に設けられ、更に、前記電極はは屈曲部を介して外
   側のフレームを通してマウント部まで設けられている事
   を特徴とする縦水晶振動子。