JPS6130736A - 水晶振動子 - Google Patents
水晶振動子Info
- Publication number
- JPS6130736A JPS6130736A JP15255384A JP15255384A JPS6130736A JP S6130736 A JPS6130736 A JP S6130736A JP 15255384 A JP15255384 A JP 15255384A JP 15255384 A JP15255384 A JP 15255384A JP S6130736 A JPS6130736 A JP S6130736A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibrator
- angle
- vacuum
- frequency
- present
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Measuring Fluid Pressure (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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は屈曲モード水晶振動子に関する。特に、真空セ
ンサーとして使用する真空センサー水晶振動子に関する
。
ンサーとして使用する真空センサー水晶振動子に関する
。
真空計は古くから色々な装置に使用さｎてきた。その中
で、特に、ビラニー真空計が多用さｎて来た。最近は装
置の小型化、軽量化に伴ない、真空計の小型化、軽量化
も同時に要求さｎている。
で、特に、ビラニー真空計が多用さｎて来た。最近は装
置の小型化、軽量化に伴ない、真空計の小型化、軽量化
も同時に要求さｎている。
しかしながら、前記したビラニー真空計はサイズが大き
く、重い几め、最近の要望に充分に応えらｎないのが実
状でめる。そこで、本発明は前記の欠点を改善する真空
計用の新センサーを提案するものであり、特に、水晶振
動子を使った真空センサー水晶振動子を提供するもので
ある。換言するならば、小型で、衝撃に強く、侶頼性に
優ｎた真空センサー水晶振動子を提供するものである。
く、重い几め、最近の要望に充分に応えらｎないのが実
状でめる。そこで、本発明は前記の欠点を改善する真空
計用の新センサーを提案するものであり、特に、水晶振
動子を使った真空センサー水晶振動子を提供するもので
ある。換言するならば、小型で、衝撃に強く、侶頼性に
優ｎた真空センサー水晶振動子を提供するものである。
以下図面に沿って本発明の詳細な説明する。 “〔実
施例〕 第１図は本発明の屈曲モード振動での真空度と水晶振動
子のＣ，１値（０ｒｖｓｔａｌ工ｍｐｇｄａｎｃｅ ）
との関係を示し、横軸に真空度（Ｔｏｒｒ ）を亡縦軸
ｒ、′ａ：ンｔ、１値ＣＫΩ）を取っている。実験によ
ると真空度の劣化に伴ってＣ，■値は上昇を続ける、・
そして、真空度０ 、１ ＴｏｒｒでＣＩ工値３５ Ｋ
Ωのものが真空度Ｉ Ｔｏｒｒと劣化するとＣ１工値は
約１００ ＫΩとＣ１工値の上昇をまねく、即ち、本発
明は０，１値の真空度依存°性に注目し、この関係から
真空度を正確に測定するものでおる。実際には、振動子
のＯ１工値が変化することは水晶振動子に泥ｎる電流が
変化する事と等価で必り、実際の真空計としては流詐る
電流を真空度に変換して表示する。
施例〕 第１図は本発明の屈曲モード振動での真空度と水晶振動
子のＣ，１値（０ｒｖｓｔａｌ工ｍｐｇｄａｎｃｅ ）
との関係を示し、横軸に真空度（Ｔｏｒｒ ）を亡縦軸
ｒ、′ａ：ンｔ、１値ＣＫΩ）を取っている。実験によ
ると真空度の劣化に伴ってＣ，■値は上昇を続ける、・
そして、真空度０ 、１ ＴｏｒｒでＣＩ工値３５ Ｋ
Ωのものが真空度Ｉ Ｔｏｒｒと劣化するとＣ１工値は
約１００ ＫΩとＣ１工値の上昇をまねく、即ち、本発
明は０，１値の真空度依存°性に注目し、この関係から
真空度を正確に測定するものでおる。実際には、振動子
のＯ１工値が変化することは水晶振動子に泥ｎる電流が
変化する事と等価で必り、実際の真空計としては流詐る
電流を真空度に変換して表示する。
第２図に）、φ）は本発明の屈曲モード水晶振動子の一
実施例で第２図６）は正面図、第２図の）は側面図を示
す。水晶振動子１は両端で接続さｎた、即ち、両端固定
の屈曲モード水晶振動子で、支持台座２の上に水晶の両
端部８で接着剤４等によって支持固定さｎている。支持
台座２はセラミックス等の絶縁材料でできている。こｎ
により、片持タイプと異なって、外乱、特に、強い衝撃
力に対して強いという特長を有する。しかし、水晶振動
子の線膨張係数と支持台座の線膨張係数が異なるために
、温度の変化によって、水晶振動子に応力Ｆが働き、こ
のために、水晶振動子周波数、即ちＯ９■値が変化し、
真空測定精度を低下させる原因となる。そこで、本発明
は応力Ｆが水晶振動子に印刃口さｎてもその応力感度を
小さくする事によって解決している。換言するならば、
振動子の切断角度の選択によって解決を図るものである
。第８図は本発明の振動子を解析するときのモデル図で
動る。振動子の形状は棒状で幅Ｗ１長さｔ１厚み番、密
度Ｐから成り、両端部は固定さしている。そして、今、
水晶振動子と支持台座が常温（２０ｔ：）で固層さｎて
いるとすると、水晶振動子の線膨張係数α１ 、支持台
座の線膨張係数α８、更に、温度ｔとすると次の関係が
成９二つ。即ち、引張り力と圧縮力は （１）の様になる。今、簡単のために第３図に示すよう
に水晶振動子の両端に引張フカＦが働く時を考えると、
（圧縮力は−Ｆと置き換えｎば良い）振動方程式はポテ
ンシャルエネルギーと運動エネルギーを求め、変分原理
を適用すると以下の様に表現さｎる。
実施例で第２図６）は正面図、第２図の）は側面図を示
す。水晶振動子１は両端で接続さｎた、即ち、両端固定
の屈曲モード水晶振動子で、支持台座２の上に水晶の両
端部８で接着剤４等によって支持固定さｎている。支持
台座２はセラミックス等の絶縁材料でできている。こｎ
により、片持タイプと異なって、外乱、特に、強い衝撃
力に対して強いという特長を有する。しかし、水晶振動
子の線膨張係数と支持台座の線膨張係数が異なるために
、温度の変化によって、水晶振動子に応力Ｆが働き、こ
のために、水晶振動子周波数、即ちＯ９■値が変化し、
真空測定精度を低下させる原因となる。そこで、本発明
は応力Ｆが水晶振動子に印刃口さｎてもその応力感度を
小さくする事によって解決している。換言するならば、
振動子の切断角度の選択によって解決を図るものである
。第８図は本発明の振動子を解析するときのモデル図で
動る。振動子の形状は棒状で幅Ｗ１長さｔ１厚み番、密
度Ｐから成り、両端部は固定さしている。そして、今、
水晶振動子と支持台座が常温（２０ｔ：）で固層さｎて
いるとすると、水晶振動子の線膨張係数α１ 、支持台
座の線膨張係数α８、更に、温度ｔとすると次の関係が
成９二つ。即ち、引張り力と圧縮力は （１）の様になる。今、簡単のために第３図に示すよう
に水晶振動子の両端に引張フカＦが働く時を考えると、
（圧縮力は−Ｆと置き換えｎば良い）振動方程式はポテ
ンシャルエネルギーと運動エネルギーを求め、変分原理
を適用すると以下の様に表現さｎる。
但し、Ｅ＝棒のヤング率
Ａ＝棒の断面積
工＝棒の慣性モーメント
Ｆは引張り力のとき正、圧縮力のと
き−Ｆとなる。
（２）式は近似的に解くことができ、周波数ｆについて
解くと次のようになる。
解くと次のようになる。
但し、ζは補正項である。又、αｎは振動子の境界条件
によって決まる定数で 、両端固定の場合はｃｏｓαｎ 、ｃｏｓｈａｎ＝１の
根である。
によって決まる定数で 、両端固定の場合はｃｏｓαｎ 、ｃｏｓｈａｎ＝１の
根である。
又、力Ｆが印部さ１していないときの共振周波数をｆｏ
とすると（８）式は次のようになる。
とすると（８）式は次のようになる。
今、両端固定棒の基本波振動を考えると、ζは計、算に
！、０１−０、．５５０５．７となり、又、α３＝４．
７８０となるから（４）式は次のようになる。
！、０１−０、．５５０５．７となり、又、α３＝４．
７８０となるから（４）式は次のようになる。
（０式は力Ｆを刃口えたときの周波数を示し、とおくと
、（６）式は力Ｆに対する感度を示している。即ち、Ｋ
が小さいほど、単位力当りの周波数変化が小さくなる。
、（６）式は力Ｆに対する感度を示している。即ち、Ｋ
が小さいほど、単位力当りの周波数変化が小さくなる。
次に、このＫの値を詳細に検討すると、感度を小さくす
るには（６）式より、振動子の長さを短くシ、慣性モー
メントを大きクシ、更に１．ヤング率を大きく 〔弾性
コンプライアンスを小さく〕すｎば良い事が分かる。換
言するならば、ｔと工は振動子の形状によって決まるも
のである、一方、ヤング率Ｅは振動子の切断方位によっ
て決まるものである。本発明は最小力感度を与えるカッ
ト角を理論的に計算で求めている。即ち、カット角をパ
ラメーターとして、そのときの弾性コンプライアンス”
ｕＣヤング率Ｅの逆数）を求めている。第４図は弾性コ
ンプライアンスＳ−を計算にて求めるときの振動子と結
晶軸Ｘ、Ｙ。
るには（６）式より、振動子の長さを短くシ、慣性モー
メントを大きクシ、更に１．ヤング率を大きく 〔弾性
コンプライアンスを小さく〕すｎば良い事が分かる。換
言するならば、ｔと工は振動子の形状によって決まるも
のである、一方、ヤング率Ｅは振動子の切断方位によっ
て決まるものである。本発明は最小力感度を与えるカッ
ト角を理論的に計算で求めている。即ち、カット角をパ
ラメーターとして、そのときの弾性コンプライアンス”
ｕＣヤング率Ｅの逆数）を求めている。第４図は弾性コ
ンプライアンスＳ−を計算にて求めるときの振動子と結
晶軸Ｘ、Ｙ。
２との関係を示す。棒はＹ軸方向に長さｔをとっている
。このとき、Ｘ軸を回転軸としてθ度回転すると考える
（反時計方向を正〕。計算の手順として、まず最初に、
長さ方向の弾性コンプライアンスＳ１ヤは次のように表
わさ扛る。（””ｕ”１／Ｅ〕 Ｓ’ｎ＝Ｂｓｓｍ−＋２８．１ｓ♂？Ｌ Ｘ ２
Ｓ １４ ｆｒＬ♂ｎ。
。このとき、Ｘ軸を回転軸としてθ度回転すると考える
（反時計方向を正〕。計算の手順として、まず最初に、
長さ方向の弾性コンプライアンスＳ１ヤは次のように表
わさ扛る。（””ｕ”１／Ｅ〕 Ｓ’ｎ＝Ｂｓｓｍ−＋２８．１ｓ♂？Ｌ Ｘ ２
Ｓ １４ ｆｒＬ♂ｎ。
＋”’ｍｓ ７Ｌ−−）−８−ｇ♂ｎ 、ｔ
（７）但し、ｍｌ ＝ ｃｏｓθＳ１１ ｔ ５Ｉｌ
ｌ ｐ Ｓ１４ ｅＳｕ ｓ Ｓｎｚ ＝ ｓｉｎθ
４は各々水晶の弾性コンブライアンス定数 第５図は角度θと弾性コンプライアンス８１ｎとの関係
を示す。第５図より角度θが０度より人きくなるに従っ
て”１２は小さくなり、約４０度で最小となる。そして
、角度θが増えるに従ってＳｌｕは増力口し、θ＝１６
０度付近で度付色なる。
（７）但し、ｍｌ ＝ ｃｏｓθＳ１１ ｔ ５Ｉｌ
ｌ ｐ Ｓ１４ ｅＳｕ ｓ Ｓｎｚ ＝ ｓｉｎθ
４は各々水晶の弾性コンブライアンス定数 第５図は角度θと弾性コンプライアンス８１ｎとの関係
を示す。第５図より角度θが０度より人きくなるに従っ
て”１２は小さくなり、約４０度で最小となる。そして
、角度θが増えるに従ってＳｌｕは増力口し、θ＝１６
０度付近で度付色なる。
そｎ故、θを加変〜７０度に選択することによって振動
子形状とは無関係に最小力感度を提供することができる
。
子形状とは無関係に最小力感度を提供することができる
。
以上述べたように、本発明は両端固定部に力Ｆを加えた
ときの振動方程式より、振動子形状とは無関係に最小力
感度を与えるカット角を得ることができた。そｎ故、水
晶振動子を支持台座にマウントしても信頼性に優Ａ７’
Ｃ水晶振動子を得ることができた。さらに、支持台座に
マウントさｎているから、衝撃に強く、水晶振動子をセ
ンサーとしているから大変に小型化が可能である。この
ように本発明の効果は著しく大きく、その工業的価値は
大変に大きい。
ときの振動方程式より、振動子形状とは無関係に最小力
感度を与えるカット角を得ることができた。そｎ故、水
晶振動子を支持台座にマウントしても信頼性に優Ａ７’
Ｃ水晶振動子を得ることができた。さらに、支持台座に
マウントさｎているから、衝撃に強く、水晶振動子をセ
ンサーとしているから大変に小型化が可能である。この
ように本発明の効果は著しく大きく、その工業的価値は
大変に大きい。
第１図は本発明の屈曲モード振動での真空度と水晶振動
子のＣ２工値との関係を示すグラフ、第２図＠、φ）は
本発明の屈曲モード水晶振動子の一冥施例を示すもので
、第２図＠）は平面図、第２図の）は側面図、 第８図は本発明の振動解析をするときのモデル図、 第４図は振動子と結晶軸との関係を示す斜視図、第５図
は角度θと弾性コンプライアンス９１４との関係を示す
グラフである。 １゜。水晶振動子 ２゜。支持台座 ４゜。接層剤 Ｗ・・幅 ｔ。。厚み ｔ。。長さ 以上
子のＣ２工値との関係を示すグラフ、第２図＠、φ）は
本発明の屈曲モード水晶振動子の一冥施例を示すもので
、第２図＠）は平面図、第２図の）は側面図、 第８図は本発明の振動解析をするときのモデル図、 第４図は振動子と結晶軸との関係を示す斜視図、第５図
は角度θと弾性コンプライアンス９１４との関係を示す
グラフである。 １゜。水晶振動子 ２゜。支持台座 ４゜。接層剤 Ｗ・・幅 ｔ。。厚み ｔ。。長さ 以上
Claims (1)
- 屈曲モード水晶振動子において、前記水晶振動子はＺ板
をＸ軸を回転軸として、２０度〜７０度回転した角度で
切断されていることを特徴とする真空センサー水晶振動
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15255384A JPS6130736A (ja) | 1984-07-23 | 1984-07-23 | 水晶振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15255384A JPS6130736A (ja) | 1984-07-23 | 1984-07-23 | 水晶振動子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6130736A true JPS6130736A (ja) | 1986-02-13 |
Family
ID=15542979
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15255384A Pending JPS6130736A (ja) | 1984-07-23 | 1984-07-23 | 水晶振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6130736A (ja) |
-
1984
- 1984-07-23 JP JP15255384A patent/JPS6130736A/ja active Pending
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