JPH0534849B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、周波数が1MHz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
子の支持部の形状に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、振動モレが非常に少なく、R₁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、および化学的に大変に安定した物
質であり、従つて、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
つ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
チング法によつ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。その結果、損失抵抗R₁の小さい、且
つ、Ｑ値の高い縦水晶振動子を得ることができ
る。

〔従来の技術〕

振動部と支持部をエツチング法によつて一体に
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つ
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つた。

〔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。

〔課題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一実施例で、
第２図は第１図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図におい
て、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、他端支持という境界条件で固
定されていると考えられることができる。又、振
動部２は長さL₁、幅W₁、厚みＴで表し、支持部
３は長さL₂、幅W₂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で示すごとく内側の
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
とによつて、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の歪エネ
ルギーによつて決まる。即ち、振動部２の歪エネ
ルギーをU₁、屈曲部を歪エネルギーをU₂とする
と、U₁，U₂は次式で表される。

U₁＝１／２∫_V1T₂S₂dV ……(1) U₂＝１／２∫_V2EI（∂²v／∂x²）dV ……(2) 但し、応力T₂、歪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数
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５の寸法L₂，W₂が決定され
る。例えは、本発明の周波数1MHzのときの振動
部の寸法は長さL₁＝2.6mm、W₁＝80μｍ、Ｔ＝
160μｍのとき、支持部の屈曲部の寸法比W₂／L₂
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へブリツジ部４を介して伝達する。
従つて、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
ことによつて、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W₂と長さL₂の比W₂／L₂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つて、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、エツチング法によつ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１図は本発明の縦水晶振動子の一実施例を
示す平面図で、振動子１は振動部２と支持部３か
ら構成されていて、エツチング法によつて一体に
形成されている。尚、支持部３は屈曲部５、フレ
ーム６、外枠７とマウント部８から成つている。
振動部２は外部からの電解駆動（図示されてな
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、ブリツジ部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
ツジ部４の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Ｌと幅Ｗ（図示されてない）の比によ
つて、例えば、周波数が約1MHzの場合、辺比
Ｗ／Ｌが0.16以下であれば、長手方向の振動の抑
圧を十分に小さくすることができる。次に、振動
モレについては、振動子は振動部２からブリツジ
部４を介して屈曲部５へと一体にエツチング法に
よつて形成され、その端部はフレーム６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つ
ているので、即ち、一端は固定、他端は支持とい
う境界条件を持つ振動をする。又、屈曲部５は屈
曲モードで振動する際に、その長手方向にも若干
の変位をともなう。その結果、フレーム６にも両
端支持の境界条件を有する屈曲振動が発生すると
同時に、外枠７にも屈曲モードは伝わる。従つ
て、この振動をマウント部まで伝わらないように
するには、外枠７の先端部の幅をマウント部８に
接続される外枠７の幅より小さくして、段部を形
成することにより達成できる。

この理由は外枠７の幅の狭い先端部は屈曲モー
ドで振動し、且つ、幅の変化する位置は振動の節
となり、マウント部８と接続される外枠７の幅を
先端部の幅より大きくして質量を大きくするとフ
レーム６付近にエネルギーを閉じ込めることがで
きるためである。それ故、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。

〔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
エツチング法によつて一体に形成する縦水晶振動
子に於いて、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在る外枠に
接続されているので、振動モレが小さくなる。

片側の面でマウントするので、製造が容易、
且つ、小型化できる。

【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……ブリツジ部、５……屈曲部、６……フレー
ム、７……外枠、８……マウント部、Ｌ，L₂…
…屈曲部の長さ、Ｗ，W₂……屈曲部の幅、L₁…
…振動部の長さ、W₁……振動部の幅。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一端がマウント部に、両側面が外枠に包囲さ
   れ、他端がフレームに包囲された水晶振動子から
   なり、 前記振動子は、支持部を形成する屈曲部とこれ
   を介して支持された振動部とからなり、 かつ、これらがエツチング法によつて一体に形
   成された縦水晶振動子であつて、 前記屈曲部は、振動部のマウント側とその両側
   とを囲み、その基端はフレームに接続され、 前記フレームはさらに外枠に接続され、 前記外枠の幅はマウント側で広く、フレーム側
   で狭く形成され段部をなしていることを特徴とす
   る縦水晶振動子。