JPH01241209A - 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、ＩＭＩＩｚ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く、損失抵抗ｌ？１の
小さい小型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、周波数が５００　ｋ　Ｈｚ〜６００　ｋ
　Ｉｌｚでは振動部の長さ寸法が大きく、小型化できな
かったが、本発明では振動部の先端部の幅を中央部の幅
より大きくする事により、即ち、質量効果を持たせるこ
とにより、振動部の長さ寸法を短くできるので小型化が
できる。

〔従来の技術〕

振動部と支持部をエツ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−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、…失抵抗Ｒ４
の小さい縦水晶振動子を得ることができなかった。又、
周波数が５００　ｋ　Ｉｌｚ〜６００　ｋ　ｌｌｚでは
長さ寸法が大きく小型化ができなかった。

〔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していた。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、本発明は、振動部の長さを短くす
る振動形状を提案し２、小型縦水晶振動子を提供するも
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ｌ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［，１１幅Ｗ１．厚みＴで表わし、支持部３は長さＬ
２．幅ｗ２で表ゎずと、今、振動子］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ずる。

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の歪みエス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ＬＪ、とすると、Ｕ、、ＩＪ、は次式で
表わされる。

Ｕ＋　　＝　　　Ｓｖ＋Ｔｚ　　ｓ２　ｄｖ　　　　　
　　　　（１１但し、応力Ｔ２．歪みＳｔ、ヤング率Ｅ
、断面２次モーメントＩ、変位■３体積Ｖ、、Ｖ、、座
標Ｘを示す。又、縦水晶振動子の振動を抑圧しない関係
は弐（１１，（２１より、次の関係が成り立つ。

０１＞ＵＺ　　　　　　　　　　　　（３１これより、
屈曲部５の寸法Ｌｘ、Ｗｚが決定される。

例えば、本発明の周波数ＩＭｔｌｚのときの振動部の寸
法は長さＩ−＋−２，６ｍｍ、Ｗ＋＝３Ｑｇｍ、　Ｔ＝
１６０！Ｊｍのとき、支持部の屈曲部の寸法比Ｗ　ｚ　
／　Ｌ　ｚ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ヘブリソジ部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、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がら伝わる支持部３の屈
曲モードに変換する形状、即ち、幅Ｗ２と長さＬ２の比
Ｗｚ／Ｌｚ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。

次に、小型化について述べる。振動部２の幅ｗ１は先端
部の幅より小さくなっている。即ち、先端部６の幅をブ
リッジ部４と接続される中央部の幅Ｗ１より大きくする
と、先端部６はＭＷ効果を有する。このことは振動子の
共振周波数を低くすることと等価である。では実際にど
のような関係で示されているのか具体的に示す。今、振
動部２の質Ｙを２Ｍ、先端部６の質量をｍとすると縦振
動モードの境界条件より、ｃｏｔζ−μζが成り立つ。

ここでμ−ｍ　／　Ｍで与えられ、ζはζ−ｆＬ＋／Ｖ
で与えられる。ｆは共振周波数、■は音速である。従っ
て、前式よりｆはζによって変化することが分かる９例
えば、μ−〇のときと、μｍ０．５を比較すると、μ＝
０．５のときにはμ−〇のときの長さＬｌを約６８．６
％短くすれば周波数となり、長さ１，１を著しく短くす
ることができ、小型化ができる。

〔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、
エツチング法によって形成される縦水晶振り」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、鳥い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、
振動部の先端部を質量効果を有する形状にすることによ
り、実質的に振動部の長さを短くでき、小型化が可能と
なる。

〔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がら構成されていて、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４の方向にも同様な振動を
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の長さしと幅Ｗ（図示されていない。）の
比によって、即ち、１ＭＨｚの場合、Ｗ／Ｉ−が０．托
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がらブリ、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７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７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７の質量を大きくすると支持部３の先端部にエネル
ギーを閉し込めることができるので、マウント部８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、振動部２の先端部６の幅は中央部より広く形成され
ている。そのために先端部６に質量ｍを付加した事と等
価となり、周波数は低くなる。そえ故、周波数を高くす
るには振動部の長さを短くする必要がある。即ち、振動
子を小型化できる。

〔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、１員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。

■　先端部の幅を中央部の幅より広くすることは先端部
に質量を付加したことと等価であるので、同し周波数を
得る場合、振動子を小型化できる。

■　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１Ｍ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・・・・先端部 ７・・・・フレーム ８・・・・マウント部 り、Ｌ、、・・・屈曲部の長さ Ｗ・Ｗ２・・・屈曲部の幅 １７．・・・振動部の長さ Ｗ、・・・振動部の幅 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 木発明の一ア絶４列に示イ千曲図 第１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
   は前記振動部を囲み、屈曲部はマウント側と反対のフレ
   ームに接続され、且つ、振動部の先端の幅は中央部の幅
   より広くした事を特徴とする縦水晶振動子。