JPS6365167B2 - - Google Patents
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- JPS6365167B2 JPS6365167B2 JP17361880A JP17361880A JPS6365167B2 JP S6365167 B2 JPS6365167 B2 JP S6365167B2 JP 17361880 A JP17361880 A JP 17361880A JP 17361880 A JP17361880 A JP 17361880A JP S6365167 B2 JPS6365167 B2 JP S6365167B2
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- Japan
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- bending
- vibrator
- vibrating arm
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- vibrating
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Links
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 48
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 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)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は圧電結晶の薄板からなる屈曲振動子の
形状に関するものである。現在水晶腕時計の時間
基準振動子として、水晶からなる音叉型屈曲振動
子が最も多く使われている。これは振動子の形状
寸法が小さなスペースに入れるように定められて
しまうと、屈曲振動モード（以下振動モードのこ
とを単にモードということにする）を使うこと
が、他のモード例えば厚みせん断モードや、りん
かくせん断モード等を使う場合にくらべて、振動
子の周波数がもつとも低く出来ること、従つて発
振回路の消費電力がもつとも小さく出来る利点を
もつていることによる。しかし屈曲モードを使つ
た振動子の欠点は周波数温度特性（以下単に温度
特性という）が、せん断モードを使つた振動子に
くらべて劣ることである。本発明の目的は屈曲モ
ードの利点を保持しながら、温度特性は従来の音
叉型屈曲振動子よりも優れた屈曲振動子の形状を
提供することにある。従来の音叉型屈曲振動子の
温度特性があまり良くないのは、音叉型屈曲振動
子の２つの振動腕が屈曲モードで振動するとき、
振動腕の変形はのびちぢみのひずみ成分によるも
のが主となり、せん断ひずみ成分によるものは非
常に小さいことによる。そこで本発明では、２つ
の振動腕を有する屈曲振動子において、それぞれ
の振動腕の両端部は、連結部を介して互に連結し
ており、振動腕と連罫部は一枚の圧電結晶薄板か
ら一体として形成されているようにした。このよ
うな構成にすることによつて、振動腕のせん断ひ
ずみ成分による変形が大きくなることを以下に示
す。第１図は従来の音叉型屈曲振動子の斜視図で
ある。第２図は本発明の屈曲振動子の斜視図であ
る。第２図において振動腕１の両端部１ａ，１ｂ
と振動腕２の両端部２ａ，２ｂは連結部２０，２
１によつてそれぞれ連結されている。比較のため
本発明の屈曲振動子の振動腕の寸法（巾寸法を
ｈ、長さ寸法をｌ、厚み寸法をｔとする。）と音
叉型屈曲振動子の振動腕の寸法は等しいとする。
簡単のため音叉型屈曲振動子の基本モードにおけ
る変形は、第３図に示すように、片持はりの自由
端に集中荷重Ｐが作用した時の静的変形（点線で
示す）で代用する。同様にして本発明の屈曲振動
子の基本モードにおける変形は、第４図に示すよ
うに、両端固定はりの中央に集中荷重Ｐが作用し
た時の静的変形で代用する。このとき荷重Ｐが作
用した点の変位は、のびちぢみのひずみ成分によ
る変位即ち屈曲変位Vbとせん断ひずみ成分によ
る変位即ちせん断変位Vsの和で表わすことが出
来る。せん断ひずみ成分による変形の大小を評価
するために、せん断変位の屈曲変位に対する割合
Ｒ（＝Vs／Vb）を、等方性材料力学によつて求め
ると次のようになる。
形状に関するものである。現在水晶腕時計の時間
基準振動子として、水晶からなる音叉型屈曲振動
子が最も多く使われている。これは振動子の形状
寸法が小さなスペースに入れるように定められて
しまうと、屈曲振動モード（以下振動モードのこ
とを単にモードということにする）を使うこと
が、他のモード例えば厚みせん断モードや、りん
かくせん断モード等を使う場合にくらべて、振動
子の周波数がもつとも低く出来ること、従つて発
振回路の消費電力がもつとも小さく出来る利点を
もつていることによる。しかし屈曲モードを使つ
た振動子の欠点は周波数温度特性（以下単に温度
特性という）が、せん断モードを使つた振動子に
くらべて劣ることである。本発明の目的は屈曲モ
ードの利点を保持しながら、温度特性は従来の音
叉型屈曲振動子よりも優れた屈曲振動子の形状を
提供することにある。従来の音叉型屈曲振動子の
温度特性があまり良くないのは、音叉型屈曲振動
子の２つの振動腕が屈曲モードで振動するとき、
振動腕の変形はのびちぢみのひずみ成分によるも
のが主となり、せん断ひずみ成分によるものは非
常に小さいことによる。そこで本発明では、２つ
の振動腕を有する屈曲振動子において、それぞれ
の振動腕の両端部は、連結部を介して互に連結し
ており、振動腕と連罫部は一枚の圧電結晶薄板か
ら一体として形成されているようにした。このよ
うな構成にすることによつて、振動腕のせん断ひ
ずみ成分による変形が大きくなることを以下に示
す。第１図は従来の音叉型屈曲振動子の斜視図で
ある。第２図は本発明の屈曲振動子の斜視図であ
る。第２図において振動腕１の両端部１ａ，１ｂ
と振動腕２の両端部２ａ，２ｂは連結部２０，２
１によつてそれぞれ連結されている。比較のため
本発明の屈曲振動子の振動腕の寸法（巾寸法を
ｈ、長さ寸法をｌ、厚み寸法をｔとする。）と音
叉型屈曲振動子の振動腕の寸法は等しいとする。
簡単のため音叉型屈曲振動子の基本モードにおけ
る変形は、第３図に示すように、片持はりの自由
端に集中荷重Ｐが作用した時の静的変形（点線で
示す）で代用する。同様にして本発明の屈曲振動
子の基本モードにおける変形は、第４図に示すよ
うに、両端固定はりの中央に集中荷重Ｐが作用し
た時の静的変形で代用する。このとき荷重Ｐが作
用した点の変位は、のびちぢみのひずみ成分によ
る変位即ち屈曲変位Vbとせん断ひずみ成分によ
る変位即ちせん断変位Vsの和で表わすことが出
来る。せん断ひずみ成分による変形の大小を評価
するために、せん断変位の屈曲変位に対する割合
Ｒ（＝Vs／Vb）を、等方性材料力学によつて求め
ると次のようになる。
片持はりの場合（第３図）
Ｒ＝3EI／GAl2 ……(1)
両端固定はりの場合（第４図）
Ｒ＝96EI／GAl2 ……(2)
但しEIははりの曲げ剛性で、GAはせん断剛性
とする。(1)式と(2)式を比較すると、せん断ひずみ
成分による変形は、本発明の屈曲振動子の方が音
叉型屈曲振動子よりも32倍大きいことがわかる。
本発明の屈曲振動子を励振するための電極構造
は、従来から知られているものを使うことが出来
る。第５図Ａ及びＢは屈曲ひずみ成分を励振する
ための電極配置を示す斜視図と電極の接続関係を
示す図である。水晶からなる振動腕１，２の表面
には金属薄膜からなる電極３，４が蒸着によつて
固着されている。振動子１１の電極構成は、振動
腕１の表裏面と振動腕２の両側面を接続して一方
の極性となる電極３を形成して端子５へ導通し、
振動腕１の両側面と振動腕２の表裏面を接続して
他方の極性となる電極４を形成して端子６へ導通
させる。そして端子５，６に振動子１１の固有周
波数に等しい周波数の電圧を印加すれば、振動腕
１，２は、互いに逆向きの電界が印加され、板面
内でほゞ第４図の点線で示すような逆位相の屈曲
振動を行なう。第７図は本発明の実施例の支持構
造を示す斜視図で、振動子１１の端子５，６は、
円筒形の気密端子７のステム８，９に導電接着剤
１０で固着されている。第８図は本発明による屈
曲振動子のカツト方位を示す図で振動子１１は水
晶のＸ軸（電気軸）のまわりにθだけ回転されて
いる水晶ウエハー１５からホトリソグラフイ技術
によつて容易に作ることが出来る。θの最適値
は、通常振動子１１の各部の寸法に応じて定まる
が、−15゜から20゜の間の値から選ばれる。第６図
Ａ及びＢはせん断ひずみ成分を励振することによ
つて屈曲振動をひき起こすための他の電極配置を
示す斜視図と電極の接続関係を示す図である。振
動子の電極構成は振動腕１の表面と振動腕２の裏
面とを接続して一方の極性となる電極３を形成し
て端子５へ導通し、振動腕１の裏面と振動腕２の
表面とを接続して他方の極性となる電極４を形成
して端子６へ導通し、端子５，６を電圧を印加す
れば振動腕１，２は、せん断ひずみ成分により励
振されて逆位相の屈曲振動を行なうようになつて
いる。第９図は本発明の実施例における温度特性
図で曲線Ａは本発明の実施例の温度特性を示し、
２次温度係数β＝−2.4×10-8℃-2であり、曲線
Ｂは従来の音叉型屈曲振動子の温度特性を示し、
２次温度係数β＝−3.4×10-8℃-2である。第９
図からわかるように、本発明の振動子の周波数２
次温度係数βは、音叉型屈曲振動子のそれよりも
約３割改善されている。
とする。(1)式と(2)式を比較すると、せん断ひずみ
成分による変形は、本発明の屈曲振動子の方が音
叉型屈曲振動子よりも32倍大きいことがわかる。
本発明の屈曲振動子を励振するための電極構造
は、従来から知られているものを使うことが出来
る。第５図Ａ及びＢは屈曲ひずみ成分を励振する
ための電極配置を示す斜視図と電極の接続関係を
示す図である。水晶からなる振動腕１，２の表面
には金属薄膜からなる電極３，４が蒸着によつて
固着されている。振動子１１の電極構成は、振動
腕１の表裏面と振動腕２の両側面を接続して一方
の極性となる電極３を形成して端子５へ導通し、
振動腕１の両側面と振動腕２の表裏面を接続して
他方の極性となる電極４を形成して端子６へ導通
させる。そして端子５，６に振動子１１の固有周
波数に等しい周波数の電圧を印加すれば、振動腕
１，２は、互いに逆向きの電界が印加され、板面
内でほゞ第４図の点線で示すような逆位相の屈曲
振動を行なう。第７図は本発明の実施例の支持構
造を示す斜視図で、振動子１１の端子５，６は、
円筒形の気密端子７のステム８，９に導電接着剤
１０で固着されている。第８図は本発明による屈
曲振動子のカツト方位を示す図で振動子１１は水
晶のＸ軸（電気軸）のまわりにθだけ回転されて
いる水晶ウエハー１５からホトリソグラフイ技術
によつて容易に作ることが出来る。θの最適値
は、通常振動子１１の各部の寸法に応じて定まる
が、−15゜から20゜の間の値から選ばれる。第６図
Ａ及びＢはせん断ひずみ成分を励振することによ
つて屈曲振動をひき起こすための他の電極配置を
示す斜視図と電極の接続関係を示す図である。振
動子の電極構成は振動腕１の表面と振動腕２の裏
面とを接続して一方の極性となる電極３を形成し
て端子５へ導通し、振動腕１の裏面と振動腕２の
表面とを接続して他方の極性となる電極４を形成
して端子６へ導通し、端子５，６を電圧を印加す
れば振動腕１，２は、せん断ひずみ成分により励
振されて逆位相の屈曲振動を行なうようになつて
いる。第９図は本発明の実施例における温度特性
図で曲線Ａは本発明の実施例の温度特性を示し、
２次温度係数β＝−2.4×10-8℃-2であり、曲線
Ｂは従来の音叉型屈曲振動子の温度特性を示し、
２次温度係数β＝−3.4×10-8℃-2である。第９
図からわかるように、本発明の振動子の周波数２
次温度係数βは、音叉型屈曲振動子のそれよりも
約３割改善されている。
第１０図Ａ，Ｂ，Ｃは、本発明の屈曲振動子の
他の形状例を示す平面図であり、振動子１１の周
辺部に突出部１２又は溝部１３をもうけることに
よつて振動子１１の支持部１４付近の矢印方向の
振動変位は小さく出来るため、振動子１１の支持
部１４付近の支持が容易となる。尚本発明の屈曲
振動子は、基本振動モードに限定されるものでは
なく、高次モードで動作させて使用しても差支え
なく、水晶ウエハーのカツト方位も第８図の場合
のみに限定されるものではなく、他のカツト方位
でも良い。又材質は水晶のみならず他の圧電材料
でも良い。以上説明したように、本発明の屈曲振
動子は、低周波小型化が可能で、温度特性は従来
の音叉型屈曲振動子よりも優れているため、発振
回路における温度補償セラミツクコンデンサーを
不要に出来ること、ホトリソグラフイ技術によつ
て、低コストで均一特性をもつた高精度振動子の
量産を可能にするなどの大きなメリツトを有す
る。
他の形状例を示す平面図であり、振動子１１の周
辺部に突出部１２又は溝部１３をもうけることに
よつて振動子１１の支持部１４付近の矢印方向の
振動変位は小さく出来るため、振動子１１の支持
部１４付近の支持が容易となる。尚本発明の屈曲
振動子は、基本振動モードに限定されるものでは
なく、高次モードで動作させて使用しても差支え
なく、水晶ウエハーのカツト方位も第８図の場合
のみに限定されるものではなく、他のカツト方位
でも良い。又材質は水晶のみならず他の圧電材料
でも良い。以上説明したように、本発明の屈曲振
動子は、低周波小型化が可能で、温度特性は従来
の音叉型屈曲振動子よりも優れているため、発振
回路における温度補償セラミツクコンデンサーを
不要に出来ること、ホトリソグラフイ技術によつ
て、低コストで均一特性をもつた高精度振動子の
量産を可能にするなどの大きなメリツトを有す
る。
第１図は従来の音叉型屈曲振動子の形状を示す
斜視図、第２図は本発明の屈曲振動子の形状を示
す斜視図、第３図は従来例に係る片持はりの先端
に集中荷重Ｐを加えたときの、片持はりの変形状
態（点線）を示す図、第４図は本発明の実施例に
係る両端固定はりの中央に集中荷重Ｐを加えたと
きの変形状態（点線）を示す図、第５図Ａ及びＢ
は本発明の屈曲振動子の電極配置を示す斜視図及
び電極の接続関係を示す図、第６図Ａ及びＢは本
発明の屈曲振動子の他の電極配置を示す斜視図及
び電極の接続関係を示す図、第７図は本発明の実
施例の支持構造を示す斜視図、第８図は本発明の
屈曲振動子のカツト方位を示す図、第９図は従来
の音叉型屈曲振動子及び本発明の実施例における
屈曲振動子の周波数温度特性図、第１０図Ａ，
Ｂ，Ｃは本発明の屈曲振動子の他の形状を示す平
面図である。 １，２……振動腕、１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ…
…両端部、３，４……金属薄膜電極、７……気密
端子、１１……振動子、２０，２１……連結部。
斜視図、第２図は本発明の屈曲振動子の形状を示
す斜視図、第３図は従来例に係る片持はりの先端
に集中荷重Ｐを加えたときの、片持はりの変形状
態（点線）を示す図、第４図は本発明の実施例に
係る両端固定はりの中央に集中荷重Ｐを加えたと
きの変形状態（点線）を示す図、第５図Ａ及びＢ
は本発明の屈曲振動子の電極配置を示す斜視図及
び電極の接続関係を示す図、第６図Ａ及びＢは本
発明の屈曲振動子の他の電極配置を示す斜視図及
び電極の接続関係を示す図、第７図は本発明の実
施例の支持構造を示す斜視図、第８図は本発明の
屈曲振動子のカツト方位を示す図、第９図は従来
の音叉型屈曲振動子及び本発明の実施例における
屈曲振動子の周波数温度特性図、第１０図Ａ，
Ｂ，Ｃは本発明の屈曲振動子の他の形状を示す平
面図である。 １，２……振動腕、１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ…
…両端部、３，４……金属薄膜電極、７……気密
端子、１１……振動子、２０，２１……連結部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 二つの振動腕が屈曲モードで振動する圧電屈
曲振動子において、前記二つの振動腕を該振動腕
の両端部で一体形成されるよう二つの連結部を有
するとともに、前記二つの振動腕に互いに逆向き
の電界が印加される如く電極を形成して、板面内
で逆位相の屈曲振動モードで動作させるよう構成
したことを特徴とする圧電屈曲振動子。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の電極は一方の振
動腕の表面と他方の振動腕の裏面を接続して一極
性を形成し、且つ一方の振動腕の裏面と他方の振
動腕の表面を接続して他極性を形成し、せん断ひ
ずみ成分により励振して屈曲運動を励振すること
を特徴とする圧電屈曲振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17361880A JPS5797216A (en) | 1980-12-09 | 1980-12-09 | Piezoelectric bending oscillator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17361880A JPS5797216A (en) | 1980-12-09 | 1980-12-09 | Piezoelectric bending oscillator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5797216A JPS5797216A (en) | 1982-06-16 |
| JPS6365167B2 true JPS6365167B2 (ja) | 1988-12-14 |
Family
ID=15963944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17361880A Granted JPS5797216A (en) | 1980-12-09 | 1980-12-09 | Piezoelectric bending oscillator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5797216A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57124916A (en) * | 1981-01-26 | 1982-08-04 | Matsushima Kogyo Co Ltd | Quartz bending oscillating chip |
| US4531073A (en) * | 1983-05-31 | 1985-07-23 | Ohaus Scale Corporation | Piezoelectric crystal resonator with reduced impedance and sensitivity to change in humidity |
| WO2017110126A1 (ja) | 2015-12-21 | 2017-06-29 | 株式会社村田製作所 | 共振子及び共振装置 |
-
1980
- 1980-12-09 JP JP17361880A patent/JPS5797216A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5797216A (en) | 1982-06-16 |
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