JPH0352249B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はフオトエツチング加工によつて形成さ
れる縦振動型圧電振動子に関する。

本発明の目的は、振動エネルギーの濃洩が少な
く、性能の安定した小型の縦振動型圧電振動子を
安価に提供することである。

従来より、数100KHz〜1MHz付近の周波数帯の
圧電振動子として第１図に示すような縦振動型圧
電振動子が用いられている。第１図は斜視図であ
り、発振片１が細い吊り線２，２′に半田付けに
より固定支持されている構成を示す。該縦振動型
圧電振動子は、 １ 吊り線に発振片を固定支持する位置精度や半
田量のバラツキにより、CI値、振動漏れ等の
バラツキが大きい。

２ 吊り線と発振片の接続強度が弱いため耐衝撃
性が低い。

３ 吊り線と発振片との固定支持作業は熟練を要
し、製造コストが高くなる。

４ 吊り線の形状から容器が大きくなる、などの
欠点を有している。

その他の縦振動型圧電振動子の従来例を第２図
に斜視図で示す。同図において、本例の縦振動型
圧電振動子は、縦振動する主振動部３と連結部４
と支持部５とがフオトエツチング加工により一体
で形成されており、さらに音叉形状の別部材の固
定部６で支持されている。該縦振動型圧電振動子
は、主振動部３と連結部４と支持部５とが一体で
形成されているため固定支持位置および寸法のバ
ラツキは少ない。しかし、支持の方向が主振動部
３の巾方向であるため縦振動に付随して発生する
短辺振動により、支持部５および固定部６は主振
動部３の巾方向に変位する。これを音叉形状の固
定部６で支持することにより主振動エネルギーの
漏洩を抑制している。以上の構成から成る本例
は、 １ 固定部と主振動部とが別部材で形成されてい
るため、その接合部において振動ロスが生じＱ
値が低くなる。

２ 部品点数が多いため製造コストが高くなると
いう欠点を有している。

さらに、その他のフオトエツチング加工による
縦振動型圧電振動子の従来例を第３図に斜視図で
示す。同図において、本例の縦振動型圧電振動子
は、主振動部７と、該主振動部７を取囲む二重の
枠８，９およびそれらを連結する連結部１０，１
０′、１１，１１′がフオトエツチング加工により
一体に形成されている。本例の縦振動型圧電振動
子は主振動部７の縦振動に付随する短辺振動に対
応して内側の枠８が屈曲振動することにより主振
動エネルギーが外側の枠９に漏洩しないようにす
ることをねらつたものである。本例においては、 １ 内側の枠８の、限られた範囲のみにより主振
動エネルギーの漏洩を十分に抑制することは困
難である。結果、連結部１１，１１′を経て振
動エネルギーが漏洩し、外側の枠９も振動す
る。したがつて、外側の枠９を剛体に固定する
際には外側の枠９の振動の節を固定に使う必要
があるが、フオトエツチング加工の寸法バラツ
キ等により振動の節が移動するため、加工精度
の厳しい管理が必要となり製造コストが高くな
る。

２ 内側の枠８で主振動エネルギーの漏洩を十分
抑制するためには、内側の枠８の巾または長さ
を大きくする必要があり小型化が困難となる、
などの欠点を有している。

以上説明した従来の三例は、いずれにおいても
主振動エネルギーの漏洩を抑制するため種々の工
夫をしているがその効果は十分でなく、また、製
造コスト、寸法の面でも欠点を有している。

次に述べる構成は以上に述べた従来の欠点を解
消し、主振動エネルギーの漏洩を抑制し、小型、
低コスト化に適した構造の縦振動型圧電振動子を
提供することを目的とする。

本発明の要旨は、縦振動をする主振動部と、前
記主振動部の支持部分とをフオトエツチング加工
により一体で形成する縦振動型圧電振動子におい
て、前記支持部分は、前記主振動部の振動変位の
最も小さくなる位置に前記主振動部の巾方向に設
けられた連結部と、前記連結部の両端から前記主
振動部の一方と平行にする支持部と、前記支持部
分が音叉形状を構成するように前記支持部の両端
を連結する基部とを有し、前記部の巾を音叉腕に
相当する前記支持部の巾の２倍以上とすることを
特徴とする。

また、主振動部の共振周波数と、音叉腕に相当
する支持部の２次高調波の共振周波数とをほぼ一
致させたこと、主振動部の巾方向に設けられた連
結部の共振周波数と、主振動部の共振周波数とを
ほぼ一致させたことを特徴とする。この構成を第
４図に斜視図で示す。同図において、本発明は縦
振動をする主振動部１２と該主振動部１２の振動
変位の最も小さくなる位置に該主振動部１２の巾
方向に設けられた連結部１３，１３′と該連結部
１３，１３′の両端から前記主振動部１２の一方
と平行に支持部１４，１４′を延長し、該１４，
１４′は前記主振動部１２を除く支持部分が音叉
形状を構成するように基部１５を設け、該基部１
５の長さＬを音叉腕に相当する支持部１４，１
４′の巾Ｗの２倍以上とした、以上の構成から成
る縦振動形圧電振動子である。本例において、主
振動部の縦振動によつて生じる短辺方向の振動に
対しても音叉腕に相当する支持部および連結部と
が屈曲振動を行なう。その振動姿態を第５図に示
す。第５図において、破線で示す１６，１６′が
前記屈曲振動によつて変化する支持部１４，１
４′および連結部１３，１３′の振動姿態である。
このときの屈曲振動は、その共振周波数と、主振
動部１２の共振周波数とをほぼ一致することで主
振動への影響を防ぐことができる。また、第４図
に示す基部１５は左・右の音叉腕に相当する支持
部１４，１４′の屈曲振動のつり合いにより振動
変位が小さくなるため、該基部１５を剛体に固定
することが可能となる。このとき、剛体に固定す
る部分の振動変位を十分小さくして振動エネルギ
ーの漏洩を抑制するためには、基部１５の長さＬ
はなるべく長くする必要がある。即ち、音叉腕に
相当する支持部１４，１４′は互いに逆相で振動
するため、その振動エネルギーにおいて相殺され
る形になり、基部における振動エネルギーの減衰
の程度は基部の長さＬに依存する。実験的には基
部１５の長さＬは支持部１４，１４′の幅Ｗの少
なくとも２倍以上必要となることが確認されてい
る。さらにまた、縦振動圧電振動子の周波数は一
般的に100KHz〜1MHzであるため、前述の主振動
部の共振周波数と音叉腕に相当する支持部の屈曲
振動とを一致させるためには、支持部の巾寸法、
長さ寸法上から二次高調波を使用する。第６図は
その二次高調波の変位を示す説明図であり、同図
において１７は第４図の基部１５を示し、１８，
１８′は第５図の音叉腕に相当する支持部１４，
１４′の二次高調波の変位を示している。１８と
１８′は位相が180゜ずれている。二次高調波の周
波数は基本波の周波数の約15倍となるため、容易
に数100KHz〜1MHzの周波数を得ることができ
る。

さらにまた、製造上のバラツキ等により主振動
部の重心と連結位置とがずれた場合、縦振動によ
る重心移動が生じるために振動エネルギーが漏洩
する。第７図にその状態を示す。同図において、
Ａ，A′は重心点であり、破線で示す振動変位に
より重心がＡ点からA′点に移動していることを
示している。このときの振動姿態は１２と２０
で、位相において180゜ずれている。この重心移動
による振動エネルギーの漏洩に対しては、主振動
部１２の共振周波数と連結部１３，１３′との共
振周波数とほぼ一致させることで解決できる。

以上、この構成の縦振動型圧電振動子は、 １ 主振動エネルギーの漏洩が確実に抑制できる
ため性能が安定している。

２ 部品点数が、一体加工であるため製造コスト
が低く安価にできる。などの利点を有してい
る。

以上のように、本発明は外形形状における構成
において新規な特徴を有しているが、以下に説明
するカツト方位、および電極構造についても新規
な特徴を有している。第８図によりこの構成に関
するカツト方位、および電極構造について説明す
る。同図において、同図は前記第４図における主
振動部１２のＰ−P′断面とそのカツト方位、電極
構造を示し、Ｘ，ＹおよびＺはそれぞれ水晶の電
気軸、機械軸および光軸であり、２１，２２は前
記主振動部１２の表、裏面それぞれに形成した電
極膜である。

本例におけるこの構成の縦振動型圧電振動子
は、水晶のＺ板（Ｚ軸に垂直な板）をＹ軸回りに
角度αで回転し、さらにX′軸回りに角度β（図示
せず）で回転した、いわゆるNTカツトの水晶ウ
エハーよりフオトエツチング加工により形成され
るものである。このときのαは、温度特性、エツ
チング性、ならびにCI値等の条件から20〜45゜の
範囲で、βは温度特性の条件から−5゜〜5゜の範囲
で選ぶ。また、本発明の縦振動型圧電振動子の主
振動部１２の長さは所望の周波数により決まり、
たとえば、周波数が1MHzの場合は2700μm、
600KHzの場合は4500μmとなる。また、主振動部
１２の巾は長さの15〜30％の範囲で、厚味は50〜
200μmの範囲で選べばよい。また、同図は前述の
主振動部の表裏面、即ちZ′面に形成された電極膜
２１，２２により電界ＥのＸ軸方向の成分Exが
励振に有効な成分であり、Ｙ軸方向（主振動部の
長さ方向）に縦振動を励起するものである。

本発明の構成を第９図、第１０図に示す。第９
図は本例の斜視図であり、主振動部２３、連結部
２４，２４′、支持部２５，２５′、基部２６とか
ら構成されており、フオトエツチング加工により
一体で形成されたものである。本例の縦振動型圧
電振動子は、水晶のＺ板をＸ軸回りに−5゜〜5゜の
範囲で回転させた水晶ウエハーより形成され、該
縦振動型圧電振動子の厚味方向がＺ軸、長さ方向
がＹ軸、巾方向がＸ軸に対応したカツト方位とな
つている。この構成から、第９図のＱ−Q′にお
ける断面図、第１０図に示すように主振動部２３
の側面（Ｘ面）に電極膜２７，２８を形成するこ
とによりＸ軸方向の電界が生じ、Ｙ軸方向の縦振
動が励起されるものである。本例によれば、主電
極膜２７，２８が主振動部２３の側面に形成され
ているため、主振動部２３の巾方向（Ｘ方向）の
寸法を十分小さくすることが可能となる。たとえ
ば、周波数が1MHzの場合、主振動部２３の厚味
は150〜300μm、巾は60〜150μmの範囲で選べば
よい。したがつて、縦振動に付随して生じる短辺
振動の変位が相対的に小さくなり、支持部の屈曲
振動も小さくなり、前述の第４図に示した実施例
に比較し、さらに振動エネルギーの漏洩の少ない
特性の安定した小型の縦振動型圧電振動子を安価
で提供することができる。

以上の如く本発明によれば次のごとき効果をも
たらすものである。

ａ 本願発明によれば、Ｚ板をＸ軸回りに−5゜〜
5゜回転させた水晶ウエハーからフオトエツチン
グにより縦振動型圧電振動子を形成し、主振動
部分の幅を厚さより小さくすることにより振動
時の幅方向の変位を少なくして、支持部分への
振動の洩れの影響を少なくし、且つ主振動部が
振動するときに支持部が２次高調波の屈曲振動
するよう支持部の寸法を決定し、主振動部と支
持部の振動周波数とを一致もしくは近接させる
ことにより、支持部からの振動洩れを極力減少
させ、更に、支持部分の基部の幅を支持部の幅
の２倍以上として固定部とすることにより、固
定部での変位を小さくして固定部での振動洩れ
を除いている。よつて著しく振動効率の良い縦
振動型圧電振動子を提供できる。

ｂ フオトエツチング加工において、厚さより幅
を短くすると形状が崩れ、不用な寄生振動を発
生させる恐れがあるが、本願ではＺ板をＸ軸回
りに−5゜〜5゜回転させたウエハーからフオトエ
ツチングにより構成したので、幅を厚さより小
さくしても縦振動型圧電振動子の形状を正確に
出すことができ、支持部と結合したさいの振動
洩れを少なくすることに寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は縦振動型圧電振動子の従来例
を示す斜視図。第４図は先行例を示す斜視図、第
５図は先行例の振動姿態を示す説明図。第６図は
先行例の二次高調波の変位を示す説明図。第７図
は先行例の重心移動による振動エネルギーの漏洩
状態を示す説明図。第８図は先行例に関するカツ
ト方位、および電極構造の説明図。第９図は本発
明を示す斜視図。第１０図は本発明に関するカツ
ト方位、および電極構造の説明図。 １２は主振動部、１３，１３′は連結部、１４，
１４′は支持部、１５は基部、１６，１６′は振動
（変位）姿態、１７は基部、１８，１８′は支持部
１４，１４′の変位、１９，２０は振動姿態、２
１，２２は電極膜、２３は主振動部、２４，２
４′は連結部、２５，２５′は支持部、２６は基
部、２７，２８は電極膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 100KHz〜1MHzの縦振動をする主振動部分
   と、前記主振動部分の枠状支持部分とをフオトエ
   ツチング加工により一体形成する縦振動型圧電振
   動子において、前記圧電振動子はＺ板をＸ軸回り
   に−5゜〜5゜の範囲で回転させた水晶ウエハーより
   形成され、前記主振動部分は厚さより幅が小さく
   なるように形成され、且つ、前記枠状支持部分
   は、前記主振動部分の振動変位の最も小さくなる
   中央部分の両側面位置に前記主振動部分の幅方向
   に設けられた連結部と、前記連結部の各々から前
   記主振動部分の一端側に向けて伸長する支持部
   と、前記主振動部の一端を囲むように前記支持部
   の各々の端部を連結する基部とを有し、前記基部
   の幅を前記支持部の幅の２倍以上として固定部と
   するとともに、前記支持部の幅は前記主振動部が
   縦振動するとき前記支持部が２次高調波の屈曲振
   動をするようして前記主振動部分の振動周波数と
   前記支持部分の振動周波数が一致もしくは近接す
   るよう構成されてなることを特徴とする縦振動型
   圧電振動子。