JPH0831760B2 - 縦水晶振動子の電極構造 - Google Patents
縦水晶振動子の電極構造Info
- Publication number
- JPH0831760B2 JPH0831760B2 JP63286964A JP28696488A JPH0831760B2 JP H0831760 B2 JPH0831760 B2 JP H0831760B2 JP 63286964 A JP63286964 A JP 63286964A JP 28696488 A JP28696488 A JP 28696488A JP H0831760 B2 JPH0831760 B2 JP H0831760B2
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- JP
- Japan
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- vibration
- vibrating
- vertical crystal
- bridge
- crystal unit
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- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
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前後の中周波数帯域をカバー
する縦水晶振動子に関する。特に、その振動子形状と励
振電極の構造に関する。
する縦水晶振動子に関する。特に、その振動子形状と励
振電極の構造に関する。
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。更に、本発明は損失抵抗R1の小さくなる
励振電極を提供することにある。
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。更に、本発明は損失抵抗R1の小さくなる
励振電極を提供することにある。
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、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、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。
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、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。
このために、増幅器の増巾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。同時に、本発明では、励振効率の高
い電極配置を提供するものである。
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。同時に、本発明では、励振効率の高
い電極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は両端支持という境界
条件で固定されていると考えることができる。又、振動
部２は長さL1、幅W1、厚みＴで表わし、支持部３は長さ
L2、幅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の屈曲
部は、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のひずみエネルギーによ
って決まる。すなわち、振動部２のひずみエネルギーを
U1、屈曲部のひずみエネルギーをU2とすると、U1、U2は
次式で表わされる。
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は両端支持という境界
条件で固定されていると考えることができる。又、振動
部２は長さL1、幅W1、厚みＴで表わし、支持部３は長さ
L2、幅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の屈曲
部は、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のひずみエネルギーによ
って決まる。すなわち、振動部２のひずみエネルギーを
U1、屈曲部のひずみエネルギーをU2とすると、U1、U2は
次式で表わされる。
但し、応力T2、ひずみ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。
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５の寸法L2、W2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
へ第１ブリッジ部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、両端支持部
の質量が実質的に無限に大きければ、支持部３の屈曲部
５のエネルギーはマウント部８までモレないことにな
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両端支持
の境界条件を持つ支持部の質量を無限に大きくすること
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極について述べる。第１
図の縦水晶振動子は座標系から分かるようにＹ軸（機械
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（電気軸）、Ｙ軸、Ｚ軸（光軸）方向の電気
偏極を とすると、 但し、ε11、ε14は圧電定数、exx、eyy、eyz、ezx、
exy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式（４）の第１式を満足
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。電界効率を最大にするには、Ｘ
軸に垂直な面に電極を配置すれば良いということは言う
までもない。
ば、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
へ第１ブリッジ部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、両端支持部
の質量が実質的に無限に大きければ、支持部３の屈曲部
５のエネルギーはマウント部８までモレないことにな
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両端支持
の境界条件を持つ支持部の質量を無限に大きくすること
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極について述べる。第１
図の縦水晶振動子は座標系から分かるようにＹ軸（機械
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（電気軸）、Ｙ軸、Ｚ軸（光軸）方向の電気
偏極を とすると、 但し、ε11、ε14は圧電定数、exx、eyy、eyz、ezx、
exy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式（４）の第１式を満足
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。電界効率を最大にするには、Ｘ
軸に垂直な面に電極を配置すれば良いということは言う
までもない。
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。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。
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。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。
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の平面図で、振
動子１は振動部２と支持部３から第１ブリッジ部４を介
して構成されていて、エッチング法によって一体に形成
されている。尚、支持部３は屈曲部５、穴７、第２ブリ
ッジ部13、フレーム６とマウント部８から成っている。
今、Ｙ軸まわりの回転角をθとすると、θは一般的には
40度〜70度の中から要求仕様に応じて決められる。この
振動部を励振するに際し、本発明の特徴とする励振電極
は振動部２の上下面に配置される。即ち、上面の励振電
極９と点線で示した下面の励振電極10である。更に、両
励振電極９、10は一対の屈曲部５を介してそれぞれ上面
と下面にある導電膜により同一のマウント部８まで接続
されている。そして、振動子１はマウント部８で台座等
に固定される。このことから、上面の励振電極９と下面
の励振電極10の間に交番電極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、第１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、第１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が十分に自由に振動できるように、穴
７が設けられている。又、屈曲部５の長さＬと幅Ｗ（図
示されていない）の比によって、例えば、周波数が約1M
Hz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１は振動部２から一対の第１ブ
リッジ部４を介して一対の屈曲部５へと一体にエッチン
グ法によって形成され、各屈曲部５の振動を十分に自由
にさせるために、一対の穴７が設けられている。更に各
穴７の両端部はそれぞれ第２ブリッジ部13を経てフレー
ム６の一端に接続され、フレーム６の他端部は同一のマ
ウント部まで延びている。それ故、振動部２の第１ブリ
ッジ部４の方向の振動は屈曲モードに変換され、且つ、
穴７の両端部を介してフレーム６に接続、マウント部ま
で延びているので、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。
１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から第１ブリッジ部４を介
して構成されていて、エッチング法によって一体に形成
されている。尚、支持部３は屈曲部５、穴７、第２ブリ
ッジ部13、フレーム６とマウント部８から成っている。
今、Ｙ軸まわりの回転角をθとすると、θは一般的には
40度〜70度の中から要求仕様に応じて決められる。この
振動部を励振するに際し、本発明の特徴とする励振電極
は振動部２の上下面に配置される。即ち、上面の励振電
極９と点線で示した下面の励振電極10である。更に、両
励振電極９、10は一対の屈曲部５を介してそれぞれ上面
と下面にある導電膜により同一のマウント部８まで接続
されている。そして、振動子１はマウント部８で台座等
に固定される。このことから、上面の励振電極９と下面
の励振電極10の間に交番電極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、第１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、第１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が十分に自由に振動できるように、穴
７が設けられている。又、屈曲部５の長さＬと幅Ｗ（図
示されていない）の比によって、例えば、周波数が約1M
Hz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１は振動部２から一対の第１ブ
リッジ部４を介して一対の屈曲部５へと一体にエッチン
グ法によって形成され、各屈曲部５の振動を十分に自由
にさせるために、一対の穴７が設けられている。更に各
穴７の両端部はそれぞれ第２ブリッジ部13を経てフレー
ム６の一端に接続され、フレーム６の他端部は同一のマ
ウント部まで延びている。それ故、振動部２の第１ブリ
ッジ部４の方向の振動は屈曲モードに変換され、且つ、
穴７の両端部を介してフレーム６に接続、マウント部ま
で延びているので、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。
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。
ング法によっ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。
にさせることができるので、損失抵抗が小さくなる。
屈曲部とフレームの間に穴を設けているので、振動部
の振動を自由にさせることができると同時に、屈曲部の
エネルギーはフレームに伝わらないので、振動モレがな
くなり、マウント部で固定しても、R1の小さい振動子が
得られる。
の振動を自由にさせることができると同時に、屈曲部の
エネルギーはフレームに伝わらないので、振動モレがな
くなり、マウント部で固定しても、R1の小さい振動子が
得られる。
振動部の上下両面に励振電極を配置するので、電界強
度が一定となり、R1のバラツキが小さくなると同時に低
くなる。
度が一定となり、R1のバラツキが小さくなると同時に低
くなる。
片側でマウントするので、製造が容易、且つ、小型化
できる。
できる。
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……第１ブリッジ部 ５……屈曲部 ６……フレーム ７……穴 ８……マウント部 ９、10……励振電極 13……第２ブリッジ部 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
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……第１ブリッジ部 ５……屈曲部 ６……フレーム ７……穴 ８……マウント部 ９、10……励振電極 13……第２ブリッジ部 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)
- 【請求項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、励振電極を備えた振動部は一対の第１ブ
リッジ部を介して一対の各屈曲部に接続され、更に穴の
両端を介して各々の第２ブリッジ部を経由して、一対の
フレームの一端に接続されるとともに前記各フレームの
他端部は同一のマウント部まで延びている縦水晶振動子
において、前記励振電極は振動部の上下面に配置され、
各電極は第１ブリッジ部を介して各屈曲部、さらに穴の
両端から各第２ブリッジ部および各フレームを介して同
一のマウント部まで配置されていることを特徴とする縦
水晶振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63286964A JPH0831760B2 (ja) | 1988-11-14 | 1988-11-14 | 縦水晶振動子の電極構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63286964A JPH0831760B2 (ja) | 1988-11-14 | 1988-11-14 | 縦水晶振動子の電極構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02132909A JPH02132909A (ja) | 1990-05-22 |
| JPH0831760B2 true JPH0831760B2 (ja) | 1996-03-27 |
Family
ID=17711234
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63286964A Expired - Lifetime JPH0831760B2 (ja) | 1988-11-14 | 1988-11-14 | 縦水晶振動子の電極構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0831760B2 (ja) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5937719A (ja) * | 1982-08-26 | 1984-03-01 | Matsushima Kogyo Co Ltd | 縦振動型圧電振動子の製造方法 |
| JPS5937722A (ja) * | 1982-08-26 | 1984-03-01 | Matsushima Kogyo Co Ltd | 縦振動型圧電振動子 |
| JPH0622310B2 (ja) * | 1986-02-21 | 1994-03-23 | セイコ−電子部品株式会社 | 輪郭すべり水晶振動子 |
| JPH0622311B2 (ja) * | 1986-02-21 | 1994-03-23 | セイコ−電子部品株式会社 | 輪郭すべり水晶振動子 |
| JPS63260311A (ja) * | 1987-04-17 | 1988-10-27 | Seiko Electronic Components Ltd | 縦水晶振動子 |
-
1988
- 1988-11-14 JP JP63286964A patent/JPH0831760B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02132909A (ja) | 1990-05-22 |
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