JPH04131032U - 捻れ振動双音叉型振動子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 捻れ振動形態の双音叉型振動子においてその
発振周波数中に含まれる高調波成分を減少させ更に電気
エネルギと振動エネルギとの間の相互の変換効率を向上
させた捻れ振動双音叉型振動子を提供する。 【構成】 捻れ振動形態の双音叉型振動子において、振
動子の長さ方向に関して振動素子の捻れ角の２階微分値
の極性が反転する箇所で分割され振動素子に捻れ振動を
生ぜしめる構成の電極を共通平面内にある各振動素子の
面に形成して、発振周波数成分中に含まれる高調波成分
を減少させ更に電気エネルギと振動エネルギとの間の相
互の変換効率を向上させた。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、双音叉型振動子に関し、特に捻れ振動形態の双音叉型振動子にお いてその発振周波数中に含まれる高調波成分を減少させ更に電気エネルギと振動 エネルギとの間の相互の変換効率を向上させた捻れ振動双音叉型振動子に関する 。

【０００２】

【従来の技術】

この考案の先行例である捻れ振動双音叉型振動子を図３を参照して説明する。 図３に示される捻れ振動を用いた双音叉型振動子はこの考案に先立って提案さ れた先行例に相当するものである。この先行する捻れ振動双音叉型振動子に採用 される電極は、振動素子１６、１７それぞれについて、それぞれの長さ方向に関 して２個に分割して構成されている。即ち、このことを一方の振動素子１６につ いて見ると、素子１６の中央部において電極対２３および２４と電極対２７およ び２８とに分割され、これら電極対２３、２４と電極対２７、２８とはこれらに 加えられる交流信号の極性が互いに逆極性となる様に構成されている。他方の振 動素子１７について見ると、その電極対２５、２６と電極対２９、３０とはそれ ぞれ対向する振動素子１６の電極対２３、２４、電極対２７、２８とは逆極性と なる様に交流信号が印加されるように構成されている。その結果、振動素子１６ と１７とは互いに逆位相で捻れ振動をすることとなる。なお、振動素子は通常は 水晶により構成される。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

上述した通りの捻れ振動を利用した双音叉型振動子の電極構造は、振動子が振 動した場合の振動素子の捻れの状態と電極の設置位置との間の対応関係が不適切 であるところから、振動子の発振周波数成分の中に高調波成分が多くなり、この ことに起因して発振の状態が不安定となる欠点を有するものであることがわかっ た。そして、振動素子に対する電極の位置が上述の通り不適切であることから、 電極に供給される電気エネルギが振動子の振動エネルギに効率よく変換されない し、また逆に振動状態にある振動子から振動エネルギが電極を介して電気エネル ギに変換される効率もよくないという欠点をも有するものであった。

【０００４】 この考案は、上述の通りの欠点、問題を解決した捻れ振動双音叉型振動子を提 供しようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

捻れ振動形態の双音叉型振動子において、振動子の長さ方向に関して振動素子 の捻れ角の２階微分値の極性が反転する箇所で分割され振動素子に捻れ振動を生 ぜしめる構成の電極を共通平面内にある各振動素子の面に形成して、発振周波数 成分中に含まれる高調波成分を減少させ更に電気エネルギと振動エネルギとの間 の相互の変換効率を向上させた。

【０００６】

【実施例】

この考案の一実施例を図１、２を参照して説明する。 先ず、振動素子の運動方程式について説明する。ここにおける双音叉型振動子 はその両端部において固定して使用されるものとする。一般に、捻れ振動におけ る振動子の運動方程式は下記の如きものである。

【０００７】 ｄ² θ／ｄｔ² ＝ｃ² ｄ² θ／ｄｘ² （１） 振動素子の両端が固定されているという境界条件のもとで、（１）式をθについ て解くと（２）式を得る。 θ＝Ａｓｉｎ（νπｘ／１） （２） ここで、捻れ角の変化率を求めるために（２）式をＸについて微分すると、（３ ）式を得る。

【０００８】 ｄθ／ｄｘ＝｛Ａνπｃｏｓ（νπｘ／ｌ）｝／１ （３） 捻れ角の変化率の増減を求めるために（２）式を更にＸについて微分すると、（ ４）式を得る。 ｄ² θ／ｄｘ² ＝｛Ａν² π²sin（νπｘ／ｌ）｝／１² （４） 但し、θ：振動子の捻れ角 ｔ：時間 Ｅ：弾性係数 ρ：密度 ν：振動の次数 π：円周率 ｘ：振動子の各部の位置 ｌ：振動子の長さ Ａ：√Ｅ／√ρ このとき、振動子の捻れ角は振動子の長さ方向に亘って図２ｂのごとくに変化 する。そして、振動子の捻れ角の変化率である捻れ角の微分値は図２ｃに示され るごとくに変化する。更に、振動子の捻れ角の変化率の増減である捻れ角の２階 微分値は図２ｄに示されるごときものである。図２ｃに示される捻れ角の微分値 は振動子の捻れの方向を表わしており、図２ａに示されるごとく振動子をｘ軸に 平行に配置し、振動子の一方の端部を原点に位置せしめた場合、原点に関して時 計回りの捻れを正の向きの捻れとすると、捻れ角の微分値が正のときは振動子は 時計回りに捻れていることを示し、負のときは反時計回りに捻れていることを示 す。更に、図２ｄに示す振動子の捻れ角の２階微分値は捻れ角の変化率の増減を 示す。換言すれば、これは振動子に加わる捻れ応力を示している。従って、振動 子に捻れを生ぜしめる電極は、図２ｅに示されるごとくに、振動子に加わる捻れ 応力の極性の変化するところを境として極性にそれぞれ対応させて配置すると好 適である。

【０００９】 次に、この考案の一実施例を図１を参照して具体的に説明する。 この実施例においては、２本の４角柱状の振動素子２、３はそれぞれ両端部に おいて互いに連結され、電極は交流電圧が印加されたとき素子２、３が互いに逆 位相に捻れ振動をする様に図１に示されるごとく構成されている。先ず一方の振 動素子２について見ると、図１に示されるこどく、電極対４、５、電極対６、７ 、および電極対８、９の３対は、振動素子２の一方の水平面に、稜線に沿って、 振動素子の長さ方向に関して３個に分割された状態で形成されている。そして、 これら電極対４、５、電極対６、７、および電極対８、９の３対は、交流電圧が 印加されたとき相隣接する電極対が振動素子２に対して互いに逆位相に捻れ振動 をするように構成されている。ここにおいては、電極５、６、９は互いに一方の 同一極性となる様に接続され、そして電極４、７、８は振動素子の裏側の水平面 に同様に構成された電極を介して互いに他方の同一極性となる様に接続されてい る。電極相互の位置的関係については、電極４と電極６間、および電極６と電極 ８間を構造的に分割するところは、それぞれ図２ｄのＸ１、Ｘ２に対応するとこ ろであり、電極５、７間および電極７、９間についてもそれぞれ同様にＸ１およ びＸ２に対応するところである。振動素子３についても、その電極の電気的およ び位置的関係は、振動素子２の場合と同様であり、そして、電極対１０、１１は 電極対４、５対とは逆極性の捻れ振動を、電極対１２、１３は電極対６、７とは 逆極性の捻れ振動を、そして電極対１４、１５は電極対８、９とは逆極性の捻れ 振動をそれぞれ振動素子３に加える様に構成されている。

【００１０】

【考案の効果】

この考案は、上述の通りの電極構造を採用することにより、振動子がその両端 において固定された状態で振動素子２、３が自由捻れ振動をしているときの捻れ 応力の生ずるところと、電極により発生せしめられる電界によりこの振動素子に 捻れ応力を生ぜしめるところが一致するようにした。このことにより、電極に電 圧を印加したときに振動素子に発生する捻れ応力によって振動素子が自由振動を 起こすこととなるため、発振周波数成分中の高調波成分が極く少なくなり、電極 に加えられた電気エネルギが効率よく振動エネルギに変換されることとなった。 そして、この振動子を使用することにより発振周波数の安定性を向上させること ができる。

【００１１】 また、振動子の圧電効果により、捻れ振動をしている振動子は捻れ応力の大き さに応じた電圧を発生するが、捻れ応力の極性が反転することにより発生電圧の 極性も反転する。従って、この電圧を検出して利用するような場合も、捻れ応力 の極性の反転するところにおいて電圧検出のための検出電極を分割するようにす れば、変換効率を大きく検出電圧を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の捻れ振動双音叉型振動子を示す斜視
図。

【図２】図１に示される振動子の捻れ角の状態を説明す
るための図。 ａ．捻れ振動双音叉型振動子の位置関係を示す図。 ｂ．振動素子の各位置に於ける捻れ角を示す図。 ｃ．振動素子の各位置に於ける捻れ角の変化率を示す
図。 ｄ．振動素子の各位置に於ける捻れ角の変化率の増減を
示す図。 ｅ．捻れ振動双音叉型振動子の電極位置を示す図。

【図３】捻れ振動双音叉型振動子の先行例を示すための
斜視図。

【符号の説明】

１ 捻れ振動双音叉型振動子 ２ 振動素子 ３ 振動素子 ４〜１５ 電極 １６ 振動素子 １７ 振動素子 ２３〜３０ 電極

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 僅かな間隔で隔てられ、且つ互いに平行
   に配列された２本の振動素子はそれぞれの両端において
   互いに連結せしめられており、振動素子それぞれの振動
   形態は捻れ振動であって互いの振動の位相は逆位相であ
   る双音叉型振動子において、振動子の長さ方向に関して
   振動素子の捻れ角の２階微分値の極性が反転する箇所で
   分割され振動素子に捻れ振動を生ぜしめる構成の電極が
   共通平面内にある各振動素子の面に形成されたものであ
   ることを特徴とする捻れ振動双音叉型振動子。