JPH0831763B2 - 縦水晶振動子 - Google Patents
縦水晶振動子Info
- Publication number
- JPH0831763B2 JPH0831763B2 JP63286967A JP28696788A JPH0831763B2 JP H0831763 B2 JPH0831763 B2 JP H0831763B2 JP 63286967 A JP63286967 A JP 63286967A JP 28696788 A JP28696788 A JP 28696788A JP H0831763 B2 JPH0831763 B2 JP H0831763B2
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- JP
- Japan
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- vibration
- vibrating
- width
- crystal unit
- vertical crystal
- Prior art date
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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、その振動子形状に関す
る。
る縦水晶振動子に関する。特に、その振動子形状に関す
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。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、500KHz〜1MHz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ことにより、
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。
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。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、500KHz〜1MHz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ことにより、
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。
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。
又、周波数が、500KHz〜1MHzでは長さ寸法が大きく小型
化ができなかった。
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。
又、周波数が、500KHz〜1MHzでは長さ寸法が大きく小型
化ができなかった。
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。更に、本発明は、振動部の長さを短
くする振動部形状を提案し、小型の縦水晶振動子を提供
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。更に、本発明は、振動部の長さを短
くする振動部形状を提案し、小型の縦水晶振動子を提供
するものである。
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、本発明の基本振動の共振周波数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、本発明の目的とする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９の幅を第１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９は質量効果
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る
か具体的に示す。今、振動部２の質量を2M、先端部９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
＝ｆL1/vで与えられる。ｆは共振周波数、Ｖは音速であ
る。従って、前式の関係よりｆはμによって変化するこ
とが分かる。例えば、μ＝０のときと、μ＝0.5のとき
を比較すると、μ＝0.5のときにはμ＝０のときの長さL
1を約68.6％短くすれば同じ周波数となり、長さL1を著
しく短くすることができ、小型化ができる。
ば、本発明の基本振動の共振周波数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、本発明の目的とする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９の幅を第１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９は質量効果
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る
か具体的に示す。今、振動部２の質量を2M、先端部９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
＝ｆL1/vで与えられる。ｆは共振周波数、Ｖは音速であ
る。従って、前式の関係よりｆはμによって変化するこ
とが分かる。例えば、μ＝０のときと、μ＝0.5のとき
を比較すると、μ＝0.5のときにはμ＝０のときの長さL
1を約68.6％短くすれば同じ周波数となり、長さL1を著
しく短くすることができ、小型化ができる。
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、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。
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、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。
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形状を示す平
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は一対の屈曲部
５、一対の穴７、一対の第２ブリッジ部13、一対のフレ
ーム６とマウント部８から成っている。振動部２は外部
からの電界駆動（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、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の各
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、各屈曲部５の長さＬと幅Ｗ（図示され
てない）の比によって、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。更に各穴の
端部は一対の第２ブリッジ部13を経由して、一対のフレ
ーム６の一端に接続され、各フレーム６の他端部は同一
のマウント部８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の両端部を関してフレーム６に接続、マウン
ト部８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。又、
振動部２の先端部９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９に質量ｍを付加した事と等価
となり、周波数は低くなる。それ故、同一の周波数を得
るには振動部の長さを短くする必要がある。即ち、振動
部を小型化できる。
１図は本発明の縦水晶振動子の一実施例の形状を示す平
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は一対の屈曲部
５、一対の穴７、一対の第２ブリッジ部13、一対のフレ
ーム６とマウント部８から成っている。振動部２は外部
からの電界駆動（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、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の各
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、各屈曲部５の長さＬと幅Ｗ（図示され
てない）の比によって、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。更に各穴の
端部は一対の第２ブリッジ部13を経由して、一対のフレ
ーム６の一端に接続され、各フレーム６の他端部は同一
のマウント部８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の両端部を関してフレーム６に接続、マウン
ト部８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。又、
振動部２の先端部９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９に質量ｍを付加した事と等価
となり、周波数は低くなる。それ故、同一の周波数を得
るには振動部の長さを短くする必要がある。即ち、振動
部を小型化できる。
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。
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。
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。
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、同じ周波数を
得る場合、振動子を小型化できる。
に質量を付加したことと等価であるので、同じ周波数を
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
化できる。
化できる。
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……先端部 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 Ｔ……厚み W3……先端部の幅
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……先端部 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 Ｔ……厚み W3……先端部の幅
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、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各フレームの一端に
接続される縦水晶振動子において、前記各フレームの他
端部には同一のマウント部まで延在し、前記振動部の先
端の中央部の幅よりひろくしたことを特徴とする縦水晶
振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63286967A JPH0831763B2 (ja) | 1988-11-14 | 1988-11-14 | 縦水晶振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63286967A JPH0831763B2 (ja) | 1988-11-14 | 1988-11-14 | 縦水晶振動子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02132912A JPH02132912A (ja) | 1990-05-22 |
| JPH0831763B2 true JPH0831763B2 (ja) | 1996-03-27 |
Family
ID=17711275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63286967A Expired - Lifetime JPH0831763B2 (ja) | 1988-11-14 | 1988-11-14 | 縦水晶振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0831763B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6747393B2 (en) | 1996-11-26 | 2004-06-08 | Ngk Insulators, Ltd. | Vibrator, vibratory gyroscope, and vibration adjusting method |
| US6018212A (en) | 1996-11-26 | 2000-01-25 | Ngk Insulators, Ltd. | Vibrator, vibratory gyroscope, and vibration adjusting method |
| US6437483B2 (en) | 1996-11-26 | 2002-08-20 | Ngk Insulators, Ltd. | Vibrator, vibratory gyroscope, and vibration adjusting method |
| US5998911A (en) * | 1996-11-26 | 1999-12-07 | Ngk Insulators, Ltd. | Vibrator, vibratory gyroscope, and vibration adjusting method |
| US6858972B2 (en) | 2002-06-21 | 2005-02-22 | Ngk Insulators, Ltd. | Vibrator, vibratory gyroscope, and vibration adjusting method |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6070815A (ja) * | 1983-09-27 | 1985-04-22 | 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 JP63286967A patent/JPH0831763B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02132912A (ja) | 1990-05-22 |
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