JPS6173045A - タンタル酸リチウム振動子 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は真空度を測定するために真空センサーとして使
用する真空センサータンタル酸リチウム撮動子に関する
。特に、捩りモードのメンタル酸リチウム振動子に関す
る。

〔従来の技術〕

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てきた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、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。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ないのが実状である。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、タンタル酸リチウムを使っ几
真空センサーメンタル酸リチウム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、信頼性
に優ｎた真空センサーメンタル酸リチウム振動子を提供
するものでちる。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は本発明の捩りモード娠動での真空度とタンタル
酸リチウム機動子のＣＩ値（ＣＪｒｙｓｔａｌ工ｍｐｅ
ｄａｔｓｃｅ　）との関係を示し、横軸に真空度（ＴＯ
１″ｒ〕を縦軸にＯ２工値（ＫΩ〕をとっている。

実験によると真空度の劣化に伴ってＣ，１値は上昇を続
ける。例えば、真空度０　、　Ｉ　Ｔｏｒｒと変化する
とそｎに伴ってＯＩ工［の上昇をまｈく、即ち、本発明
はａ、１値の真空度依存性に注目し、この関係から真空
式を正確に測定するものである。

実際には、振動子のＣ，１値が変化することはタンタル
酸すチラム蛋動子に流几る電流が変化する事と等価であ
り、実際の真空計としては流ｎる電流を真空顔に変換し
て表示する。又、本発明の振動子は衝撃に対して強くす
るために、片持ちタイプと異なって、両端固定タイプを
採用している。

更に、具体的に説明するとタンタル酸リチウム振動子は
セラミックス等の材料でできている支持台座の上にセッ
トさｎｌそして、タンタル酸リチウム振動子の両端部で
接着剤等によって支持固定さｎる。それ故、本発明のタ
ンタル酸リチウム振動子は外乱、特に、強い衝撃力に対
して強いという特長を有する。しかしながら、タンタル
酸リチウム振動子の線膨張係数と支持台座の線膨張係数
が異なるｔめに、温度の変化によってタンタル酸リチウ
ム振動子に応カフが働き、このために、タンタル酸リチ
ウム振動子の周波数、および、Ｃ２工値が変化し、真空
測定精変を低下させる原因となる。そこで、本発明は応
力Ｆがタンタル酸リチウム振動子に印加されてもその応
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２図は本発明の振動子を理論解析するとき
のモデル図である。振動子の形状は棒状で幅２α、長さ
ｔ１厚み２ｂ、密度Ｐから成り、両端部は固定さ几てい
る。そして、今、タンタル酸リチウム振動子と支持台座
が常温（２０Ｃ）で固着さｎているとすると、タンタル
酸リチウム振動子の線膨張係数α１、支持台座の線膨張
係数α１　、更に、温度ｔとすると次の関係が成り立つ
、即ち、引張りカと圧縮力は （１）の様になる。今、簡単の友めに第２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、Ｃ：捩り剛性 工。：極慣性モーメント Ｆ：張力 Ｐ：密度 ζ：補正項 （２）式は容易に解くことができ、周波数ｆについて解
くと次のようになる。

□（３） 但し、ｆｏ　：張力が零のときの捩り周波数 ””ｕ：弾性コンプライアンス （８）式は力を加えたときの周波数を示し、とおくと、
（４）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笥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、感麓を小さくする（
は、■式より、振動子の幅を狭くシ、厚みを大きく、そ
して、弾性コンプライアンス９１．を小さくすｎば良い
事が分かる。換言するならば、幅と厚みは振動子の形状
によって決まるものである。一方、弾性コンプライアン
スＥ＋１．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Ｓ＋、を求めている
。第８図は理論解析をするときの振動子と結晶軸Ｘ、Ｙ
、Ｚとの関係を示す。棒はＸ軸方向に長さｔをとってい
る。このとき、Ｘ輸を回転軸どしてθ度回転すると考え
る。反時計方向を正とする。計算の手順として、まず最
初に、弾性コンブ２イアンスＳ’ｗｗは次のように表わ
さｎる。

日　’５１　　＝８６ｍ−”ａ　　＋４　　Ｓｌｕｍｓ
　　ｎｓ　　＋Ｆ３ＭＴｈ”、　　　　　　　　　Ｃ５
）但し、惧＠　＝　−Ｂｔｎθ ｍ”＝ｃｏａ　　θ Ｂ６６　ｅ　８１４　ｅ　８４Ｇは各々タンタル酸リチ
ウムの弾性コンブライアン ス定数 第４図は角度θと弾性コンプライアンスＳ１゜との関係
を示す。第４図より角期θが０反より大きくなるに従っ
て５１１１６は小さくなり約４５度で最小値を示し、さ
らに、角度の州別に伴ってＳτ鐸は大きくなり約１３５
度で最大値を示す。従って、カット角θを関度〜６０度
の範囲に選ぶ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。

〔作用〕

上記のように構成さ几たタンタル酸リチウム振動子、換
言するならば、振動子を支持台座にセットシ柵動子の両
端部で接着剤等によって固定さｎた撮動子に温度変化に
よって生じる撮動子への引張フカ、あるいは、圧縮力は
本発明の振動子の切断角度の選択によって最小限に押え
ることができるのである。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。第
５図６）、の）は本発明の捩クモードタンタル酸リチウ
ム振動子の一実施例で第５図（へ）は正面図、第５図（
ｂ）は側面図を示す。本発明の切断角度θ（美麗〜６０
度］で切断さｎたタンタル酸リチウム振動子１は両端で
接続さｎた、即ち、両端固定の捩クモードタンタル酸リ
チウム振動子で支持台座２の上にタンクル酸リチウム撮
動子の両端部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、片持ち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。

〔発明の効果〕

以上述べ比ように、本発明は両端固定部に力ｙを７ＪＯ
え几ときの撮動方程式より、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かでｉ九。そｎ故
、タンタン酸リチウム振動子を支持台座にマウントして
も信頼性に優ｎ次タンクル酸リチウム振動子を得ること
がでキ念。さらに、支持台座にマウントさｎているから
衝撃に強く、タンタル酸リチウム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おる等の効果を有して
いる。同時に、材料にタンタル酸リチウムを使用してい
るので振動子としての電２機械結合係数が水晶より大き
く、水晶のときよりＣ２工値（Ｃｒｙｓｔａｌ　　工ｍ
ｐｅｄａｎｃりを小さくすることができるという効果を
も有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の捩クモ７−ド振動での真空度とタンタ
ル酸リチウム撮動子のＣ１工値との関係を示すグラフ、 第２図は本発明の振動解析をするときのモデル図、 第３図は振動子と結晶軸との関係を示す斜視図、第４図
は角度θと弾性コンプライアンスＳ１゜との関係を示す
グラフ、 第５図に）、の）は本発明の捩クモードタンタル酸リチ
ウム撮動子の一実施例で、第５図の）は側面図を示す。 １０．タンタル酸リチウム ２、。支持台座 ８１．振動子の両端部 ２α。。幅 ２ｂ０．厚み ｔ、。長さ 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 捩りモードタンタル酸リチウム振動子で、前記振動子は
   Ｙ板をＸ軸を回転軸として３０度〜６０度回転した角度
   で形成されていることを特徴とする真空センサータンタ
   ル酸リチウム振動子。