JPH02132909A - 縦水晶振動子の電極構造 - 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ｆり用分野］ 本発明は，周波故がＩ　Ｎ１ｔ｛　ｚ面後の中周波数帯
域をカバーする縦水晶振動子に関する。特に、その振動
子形状と励振電極の構造に関する。

〔発明の厩要１ 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ｉ生が
得られるのは，振動モレの小さいｌｍ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，娠動
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
。その結果、損失抵抗Ｒ．の小さい、且つ、Ｑ値の高い
縦水晶振動子を得ることができる．更に、本発明は損失
抵抗Ｒ，の小さくなる励振電極を提供することにある． 〔従来の技術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
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． ［発明が解決しようとする課題］ このために，増幅器の増中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５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彫状を提
供するものである。同時に、本発明では，励振効率の高
い電極配置を提供するものである． ［課題を解決するための手段］ 第１図は本発明の縦水晶娠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６第２図において，振動子ｌ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ｌ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（ｉｌｌ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Ｌｊ＋．屈曲部のびずみエネルギーをＵ２とす
ると．Ｕ．．Ｕ２は次式で表わされる。

｛旦し、応力Ｔ２、ひずみＳ２、ヤング率Ｅ．断面２次
モーメント■、変位Ｖ．体｛青Ｖ，．Ｖ２厘標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． Ｕ．＞Ｕｚ　　　　　　　　　　　　　　−（３）これ
より，屈曲部５の寸法Ｌ２．Ｗ２が決定される。例えば
、本発明の周波９１　Ｍ　Ｈ　ｚのときの振動部の寸法
は長さＬ　＋　＝　２　．　６　ｍｍ．　Ｗ＋　＝８０
ｕｍ．Ｔ＝１６０ｕｍのとき、支持部の屈曲部の寸法比
Ｗ２／Ｌ，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ヘブリ
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？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、郎も、幅Ｗ２と長さＬ２の比〜Ｖ
２／Ｌ２を選択することにより，１辰ｆ力部の振動を自
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、
損失抵抗Ｒ１が小さくなる励振電巧について述べる。第
１図の縦水晶振動子は座樽系から分かるようにＹ軸（機
械軸）方向に変位する。従って，Ｙ軸方向に歪みが多く
発生する電界印加方式を考えれば良い。即ち、水晶の圧
電性からＸ軸（電気軸）、Ｙ軸、Ｚ軸（光軸）方向の電
気｛扁極をＰ．．Ｐｙ．Ｐ，とすると、Ｐ　ｘ　＝　Ｅ
．　ｚｅ　ｗｌＩＬ　目ｅ　ｙｙ＋　Ｆ．　１ｅ　ｙｚ
Ｐ　ｙ　＝−ε２ｓｅ　ｚ＊　　Ｅ．　２ａｅ　＊ｙＰ
．＝○　　　　　　　　　　　　■（４）但し、ε１１
、ε１，は圧電定数、ｅ　．．　　ｅ　ｙｙ＋ｅｙｚ、
ｅｚｗ．ｅｘｙは歪みを表わす。式（４）がら明らかな
ように、Ｙ軸方向に変位を起こさせるには式（４）の第
１式を満足するように電界を印加すれば良い。即ち，Ｘ
軸方向に電界が印加されれば良い。電界効率を最大にす
るには、Ｘ軸に垂直な面に電極を配霊すれば良いという
ことは言うまでもない． ［作用１ 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ｌＬＸ
軸に垂直な面に励振電極を設けるとＲ１の小さい縦水晶
振動子が得られる。

［実施例１ 次に、本発明にて得られた結果を具１本的に述べる．第
１図は本発明の縦水晶振動子の一実施例の平面図で、振
動子ｌは振動部２と支持部３からブノンジ部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は屈曲部５、穴７、フレーム６と
マウント部８から成っている。今、Ｙ軸まわりの回転角
をθとすると、θは−１１５ｔ的には４０度〜７０度の
中から要求仕様に応じて決められる。この振動部を励振
するに際し、本発明の特徴とする励振Ｗ　Ｈは振動部２
の上下面に配置される。即ち、上面の励振電極９と点線
で示した下面の励振電｛÷ｌＯである。更に、両励振電
極９，１０は屈曲部５を介してそれぞれ上面と下面にあ
る導電膜によりマウント部８まで接続されている。そし
て，娠動子ｌはマウン１・部８で台座等に固定される。

このことから、」二面の励振電極９と下面の励振電極Ｉ
Ｏの間に交番電圧を印加することによって、長平方向に
伸縮運動をするが，それと同時に、その垂直方向，即ち
、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の長平方向の振動を自由に励
振するには、ブリッジ部４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、本允明では支持部３の屈
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、屈曲部５の長さしと＋４ｗ（図示されて
いない）の比によって、例えば、周波数が約ＩＭＨｚの
場合，辺比’Ｖ／Ｌが０．１６以下であれ：ｆ，長平方
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ｌは振動部２からブＪツ
ジ部４を介して屈曲部５へと一体にエンチング法によっ
て形成され、屈曲部５の振動を十分に自由にさせるため
に，穴７が設けられている．更に、穴フの両端部はフレ
ーム６に接続され，マウント部８まで延びている。それ
故、振動部２のブＪツジ部４の方向の振動は屈曲モード
に変換され、且つ，穴マの両端部を介してフレーム６に
接続、マウント部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， ［発明の効果］ 以上述べたように、本発明はｔＦ−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。

■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１氏抗か小さくなる。

■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、Ｒ，の小さい振動子が
ｉ得られる。

■振動部の上下両面に励振電唖を配置するので電界強度
が一定となり、Ｒ１のバラッキが小さくなると同時に低
くなる。

■片側でマウントするので、製込が容易、且つ、小型化
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の縦水晶振ｆｊ子形状寸法の一実箱例を
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。 ｌ　・　・　・　・ ２　・　・　・　・ ３　・　・　・　・ ４　・　・　・　・ ５　・　・　・　・ ６　・　・　・　・ ７　・　・ ８　・　・　・　・ ９、ｌＯ・ Ｌ．　　Ｌ２　・ Ｗ．Ｖｉｌ２　・ し，　・　・　・ Ｗ　　　・　・ ・振動子 ・振動部 支持部 ・ブリッジ部 屈曲部 ・フレーム 穴 マウント部 ・励振電唖 屈曲部の長さ 屈曲部の幅 ・振動部の長さ ・・振動部の幅

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　振動部と支持部をエッチング法によって、一体に形成
   された縦水晶振動子であって、励振電極を備えた振動部
   はブリッジ部を介して屈曲部に接続され、更に、穴の両
   端を介してフレームに接続されるとともに、マウント部
   まで延びるものにおいて、前記励振電極は振動部の上下
   面に配置されていることを特徴とする縦水晶振動子の電
   極構造。