JPS583411A - 圧電振動子 - Google Patents
圧電振動子Info
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- JPS583411A JPS583411A JP10061481A JP10061481A JPS583411A JP S583411 A JPS583411 A JP S583411A JP 10061481 A JP10061481 A JP 10061481A JP 10061481 A JP10061481 A JP 10061481A JP S583411 A JPS583411 A JP S583411A
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- 239000010409 thin film Substances 0.000 abstract description 6
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 abstract 1
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H9/21—Crystal tuning forks
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は３本の振動技を有する圧電振動子（以ド簡単の
ため圧電振動子と称する。）の共振周波数温度特性に関
するものでおる。
ため圧電振動子と称する。）の共振周波数温度特性に関
するものでおる。
第１図は従来の圧電振動子の外形を示す斜視図である。
３本の振動技１，２．３の長さ寸法は、はぼ等しく、枝
巾寸法については振動技１，３が！ｊに１１ぼ等しく、
振動技２の枝巾（ｊ−法は任意に選べる。圧電振動子は
一般に各種の振動モードが、高次振動モードをよめて無
数に存在する。従来の圧電振動子はこれらの振動モード
の中の１つを利用し、それ以外の他の振動モードは不要
なものと考え、利用モードは出来るだけ他のモードと結
合しないようにすることが行われてきた。そのため従来
のＥ型振動の共振周波数温度特性を良くするには限界が
あった、 本発明の目的は、共振周波数の温度特性が常温付近で比
較的フラットになるＦ、型振動子を提案することにある
。この目的を達成するだめの本発明の要旨は、圧電振動
子に存在する面内屈曲振動モ！ 一ドと面外屈曲振動モードが互に結合するように構成す
ることによって、一方の振動モードの共振周波数温度特
性が改良されるようにしたことである。
巾寸法については振動技１，３が！ｊに１１ぼ等しく、
振動技２の枝巾（ｊ−法は任意に選べる。圧電振動子は
一般に各種の振動モードが、高次振動モードをよめて無
数に存在する。従来の圧電振動子はこれらの振動モード
の中の１つを利用し、それ以外の他の振動モードは不要
なものと考え、利用モードは出来るだけ他のモードと結
合しないようにすることが行われてきた。そのため従来
のＥ型振動の共振周波数温度特性を良くするには限界が
あった、 本発明の目的は、共振周波数の温度特性が常温付近で比
較的フラットになるＦ、型振動子を提案することにある
。この目的を達成するだめの本発明の要旨は、圧電振動
子に存在する面内屈曲振動モ！ 一ドと面外屈曲振動モードが互に結合するように構成す
ることによって、一方の振動モードの共振周波数温度特
性が改良されるようにしたことである。
以下本発明の詳細な説明する。第２図、第３図■及び第
３図ＣＢ）は従来の圧電振動子に存在する２つの振動モ
ードの説明を示し、＠２図は面内屈曲撮動モードを示す
平面図である。第３図ＩＡ）及びｉＢ）はそれぞれ第１
図のＸＸ断面及びＹＹ断面よりみた面外屈曲振動モード
を示す断面図である。矢印４は振動変位のおおよその方
向と大きさを示し、点線５は振動変位零の状態から１／
４周期後の−動変１ヶをホす。２つの振動モードは間車
のため１次振動七−ドだけを示し、高次撮動モードは省
略（７た９、上記２独類の嶺Ｕｍモードの共振周波数は
、振動技１の長さ手法を１１枝ＩＩ］寸法をｈ１板厚寸
法をｔとして、第４図に示すような片持はりの近似をｌ
史うと、次のように表わせる。
３図ＣＢ）は従来の圧電振動子に存在する２つの振動モ
ードの説明を示し、＠２図は面内屈曲撮動モードを示す
平面図である。第３図ＩＡ）及びｉＢ）はそれぞれ第１
図のＸＸ断面及びＹＹ断面よりみた面外屈曲振動モード
を示す断面図である。矢印４は振動変位のおおよその方
向と大きさを示し、点線５は振動変位零の状態から１／
４周期後の−動変１ヶをホす。２つの振動モードは間車
のため１次振動七−ドだけを示し、高次撮動モードは省
略（７た９、上記２独類の嶺Ｕｍモードの共振周波数は
、振動技１の長さ手法を１１枝ＩＩ］寸法をｈ１板厚寸
法をｔとして、第４図に示すような片持はりの近似をｌ
史うと、次のように表わせる。
面内屈曲振動の場合 。
ここで ’ＦＩ ’ 面内屈曲振動の共振周波数
“Ｅ ： 振動子材料のヤング率 ρ ： 振動子材料の密度 ｌ二１．２．・・・・・・ Ｊ＝ １．８７５ ｍｔ＝ ４．’６’９’４ 面外屈曲撮動の場合 ここで ｆＦＯ’ 面外屈曲振動の共振周波数ｋ
＝ １． ２． ・・・・・・（１’） （２）の
各式で示される共振周波数の公式は、それぞれの振動上
−ドが単独に存在している場合、即ち振動モードの結合
がない場合のものである。しかし前記２つの振動モード
が結廿する場合は、それぞれの振動モードの共振周波数
は接近して存在するようになる。従って面内屈曲振動モ
ードと面外屈曲撮動モードが結合を起す条件は次式−で
与えられる。
“Ｅ ： 振動子材料のヤング率 ρ ： 振動子材料の密度 ｌ二１．２．・・・・・・ Ｊ＝ １．８７５ ｍｔ＝ ４．’６’９’４ 面外屈曲撮動の場合 ここで ｆＦＯ’ 面外屈曲振動の共振周波数ｋ
＝ １． ２． ・・・・・・（１’） （２）の
各式で示される共振周波数の公式は、それぞれの振動上
−ドが単独に存在している場合、即ち振動モードの結合
がない場合のものである。しかし前記２つの振動モード
が結廿する場合は、それぞれの振動モードの共振周波数
は接近して存在するようになる。従って面内屈曲振動モ
ードと面外屈曲撮動モードが結合を起す条件は次式−で
与えられる。
ｆＦＩ ”” ｆＦｏ ・・・・・・・・・・
（３）（，１） （２１（３）の各式より次式が得られ
る。
（３）（，１） （２１（３）の各式より次式が得られ
る。
ｍｉ ２ｈ−ｍｋ２ｔ、、、、、、、、、、 （４）
（４）式は本発明のＥ型振動子の枝寸法が満足すべきお
およその関係式である。
（４）式は本発明のＥ型振動子の枝寸法が満足すべきお
およその関係式である。
第５図は本発明実施例のカット方位を説明する図である
。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、それぞれ電気軸１機械軸お
よび光軸を示す２振動子６はＺカットの状態からＸ軸の
まわりで、反時計方向にθだけ回転されている。第６図
は本発明実施例及び従来例における共振周波数温度特性
件の有限要素法によるｔ」算結果を示す。曲線Ａは本発
明の場合で、面内屈曲１次振動に＝１）と面外屈曲１次
振動（ｋ−１）が結合している。この時撮動゛子のカッ
ト角はθ＝５°で、寸法比ｔ／ｋ ＝ ０．９８ で
ある。
。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、それぞれ電気軸１機械軸お
よび光軸を示す２振動子６はＺカットの状態からＸ軸の
まわりで、反時計方向にθだけ回転されている。第６図
は本発明実施例及び従来例における共振周波数温度特性
件の有限要素法によるｔ」算結果を示す。曲線Ａは本発
明の場合で、面内屈曲１次振動に＝１）と面外屈曲１次
振動（ｋ−１）が結合している。この時撮動゛子のカッ
ト角はθ＝５°で、寸法比ｔ／ｋ ＝ ０．９８ で
ある。
曲線Ｂは従来例の場合で、面内屈曲１次振動（ｉ−１）
が面外屈曲撮動と結合していない１、この時振動子のカ
ット角はθ＝０８で、寸法比ｔ／に＝０．３３である。
が面外屈曲撮動と結合していない１、この時振動子のカ
ット角はθ＝０８で、寸法比ｔ／に＝０．３３である。
向共振周波数は本発明実施例及び従来例共に約３２ ｋ
Ｈｚ でるる。第６図より、０〜４０℃間における
周波数偏差Δｆ／ｆは本発明実施例の方が従来し１ｊよ
りも若干小さくなっている。
Ｈｚ でるる。第６図より、０〜４０℃間における
周波数偏差Δｆ／ｆは本発明実施例の方が従来し１ｊよ
りも若干小さくなっている。
第７図１１は本発明実施例の電極配置ｄを示す斜視図で
ある。水晶からなる振動技１ａ；２ａｔ３ａの表面ｒは
金ｗ４薄膜市極６，７が蒸着等によって固着されている
、振動技ｉ ａ、 ２ａ、３ａの先端部には、周波数調
整用の付加質量として、金＠嗅８が固着されている３、
第７図（Ｂ）は第７図（４）で振動技１ ａ、２ａ、３
ａのＹＹ断面より見たときの金属薄膜奄門の接続を示す
断面図である。電気端子９゜１０に振動子１１の共振周
波数に等しい周波数の電圧を印加すれば、振動技１ａ、
３ａの内部には矢印で示すような交番電界が発生し、振
動子１１は面内屈曲１次振動モードと面外屈曲１次振動
モードが混りあった形の振動モードで振動する。巣８図
は本発明実施例の支持構造を示す斜視図である。振動子
１１の電気端子９，１０は、円筒形の気密端子１２のス
テム１３，１４に導電接着剤１５で固着されている。尚
本発明は面内屈曲振動モードと面外屈曲撮動モードのそ
れぞれのＧ＝ｒｈ次数が、前記実施例（ｉ ＝１ 、
ｋ＝１ ）に限定されるものではなく、いろいろの振動
次数の組合せがｏＪ′能である。振動子１１のカット角
θは前記実施例（θ＝５°）に限定されず、他のカット
角でもよい。前記実施例では、振動子１１の材料は水晶
であったが、本発明は他の圧電材料、例えばタンタル酸
リチウム、ニオブ酸リチウム等においても有効である。
ある。水晶からなる振動技１ａ；２ａｔ３ａの表面ｒは
金ｗ４薄膜市極６，７が蒸着等によって固着されている
、振動技ｉ ａ、 ２ａ、３ａの先端部には、周波数調
整用の付加質量として、金＠嗅８が固着されている３、
第７図（Ｂ）は第７図（４）で振動技１ ａ、２ａ、３
ａのＹＹ断面より見たときの金属薄膜奄門の接続を示す
断面図である。電気端子９゜１０に振動子１１の共振周
波数に等しい周波数の電圧を印加すれば、振動技１ａ、
３ａの内部には矢印で示すような交番電界が発生し、振
動子１１は面内屈曲１次振動モードと面外屈曲１次振動
モードが混りあった形の振動モードで振動する。巣８図
は本発明実施例の支持構造を示す斜視図である。振動子
１１の電気端子９，１０は、円筒形の気密端子１２のス
テム１３，１４に導電接着剤１５で固着されている。尚
本発明は面内屈曲振動モードと面外屈曲撮動モードのそ
れぞれのＧ＝ｒｈ次数が、前記実施例（ｉ ＝１ 、
ｋ＝１ ）に限定されるものではなく、いろいろの振動
次数の組合せがｏＪ′能である。振動子１１のカット角
θは前記実施例（θ＝５°）に限定されず、他のカット
角でもよい。前記実施例では、振動子１１の材料は水晶
であったが、本発明は他の圧電材料、例えばタンタル酸
リチウム、ニオブ酸リチウム等においても有効である。
以上説明したように、本発明は■低周波で共振周波数温
度特性が良くなること。■振動子のベース部（支持部）
の振動変位が小さいので、支持が極めて容易であること
、、（３）ホトリングラフイー技術によって作れるため
Ｍｉ性があること、など面精度、低消費電力の発振子と
して太き名メリットを有する。 −
度特性が良くなること。■振動子のベース部（支持部）
の振動変位が小さいので、支持が極めて容易であること
、、（３）ホトリングラフイー技術によって作れるため
Ｍｉ性があること、など面精度、低消費電力の発振子と
して太き名メリットを有する。 −
′ 第”１図〜第４図は従来技術に係り、第１図はＥ型
振動子の形状を示す斜視図、”第２図はＥ型振動子に、
存在する面内屈曲１次振動モードの説明を示す十面図、
第３図（Ａ）（Ｂ）はＥ型振動子に存在する面外屈曲１
次、＃ｈ＝動モードの説明を墓し、第３図＜Ａ）は第１
図のＸＸ断面図、第３図（Ｂ）は第１図のＹＹ断面図、
第４図は片持はりを示す斜視図である。第５図は本発明
のカット方位を説明子る斜視図、第６図は本発明実施例
と従来例の共振周波数温度特性を示すグラフ、第７図（
Ａ）は本発明の実施例の金属薄膜電極の配置を示す斜視
図、第７図田）は金属薄膜電極の接続を示し、第７図（
Ａ）のＹＹ断面図、第８図は本発明の実施例の支持構造
を示す斜視図である。 １、２．３ｉ １ ＆、 ２ａ、 ３ａ ”””振動技
４・・・・・・・・・・・・・・・・・振動変位の方向
と大きさ５・・・・・・・・・・・・・・・・・振動モ
ード６．７・・・・・・・・・・・・金属薄膜電極９．
１０・・・・・・・・・・電気端子１１・・・・・・・
・・・・・・・・振動子１２・・・・・・・・・・・・
・・・気密端子１３．１４・・曲弓テム 。 １５・・・・・・・・・・・・・・・導電接着剤特許出
願人 シチ、ズン時計株式、会社第３図
振動子の形状を示す斜視図、”第２図はＥ型振動子に、
存在する面内屈曲１次振動モードの説明を示す十面図、
第３図（Ａ）（Ｂ）はＥ型振動子に存在する面外屈曲１
次、＃ｈ＝動モードの説明を墓し、第３図＜Ａ）は第１
図のＸＸ断面図、第３図（Ｂ）は第１図のＹＹ断面図、
第４図は片持はりを示す斜視図である。第５図は本発明
のカット方位を説明子る斜視図、第６図は本発明実施例
と従来例の共振周波数温度特性を示すグラフ、第７図（
Ａ）は本発明の実施例の金属薄膜電極の配置を示す斜視
図、第７図田）は金属薄膜電極の接続を示し、第７図（
Ａ）のＹＹ断面図、第８図は本発明の実施例の支持構造
を示す斜視図である。 １、２．３ｉ １ ＆、 ２ａ、 ３ａ ”””振動技
４・・・・・・・・・・・・・・・・・振動変位の方向
と大きさ５・・・・・・・・・・・・・・・・・振動モ
ード６．７・・・・・・・・・・・・金属薄膜電極９．
１０・・・・・・・・・・電気端子１１・・・・・・・
・・・・・・・・振動子１２・・・・・・・・・・・・
・・・気密端子１３．１４・・曲弓テム 。 １５・・・・・・・・・・・・・・・導電接着剤特許出
願人 シチ、ズン時計株式、会社第３図
Claims (1)
- 振動子の形状がＥ型に形成された圧電振動子において、
面内屈曲振動モードと面外屈曲振動モードが、虻に結合
するように構成されていることを特徴とする圧電振動子
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10061481A JPS583411A (ja) | 1981-06-30 | 1981-06-30 | 圧電振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10061481A JPS583411A (ja) | 1981-06-30 | 1981-06-30 | 圧電振動子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS583411A true JPS583411A (ja) | 1983-01-10 |
Family
ID=14278714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10061481A Pending JPS583411A (ja) | 1981-06-30 | 1981-06-30 | 圧電振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS583411A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4785215A (en) * | 1986-11-07 | 1988-11-15 | Israel Aircraft Industries Ltd. | Resonant element force transducer for acceleration sensing |
| WO2008043727A1 (fr) * | 2006-10-09 | 2008-04-17 | Csem Centre Suisse D'electronique Et De Microtechnique Sa Recherche Et Développement | Resonateur en silicium de type diapason |
-
1981
- 1981-06-30 JP JP10061481A patent/JPS583411A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4785215A (en) * | 1986-11-07 | 1988-11-15 | Israel Aircraft Industries Ltd. | Resonant element force transducer for acceleration sensing |
| WO2008043727A1 (fr) * | 2006-10-09 | 2008-04-17 | Csem Centre Suisse D'electronique Et De Microtechnique Sa Recherche Et Développement | Resonateur en silicium de type diapason |
| US8098002B2 (en) | 2006-10-09 | 2012-01-17 | Csem Centre Suisse D'electronique Et De Microtechnique Sa Recherche Et Developpement | Silicon resonator of the tuning-fork type |
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