JPH0828640B2 - 縦水晶振動子 - Google Patents
縦水晶振動子Info
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- JPH0828640B2 JPH0828640B2 JP63035986A JP3598688A JPH0828640B2 JP H0828640 B2 JPH0828640 B2 JP H0828640B2 JP 63035986 A JP63035986 A JP 63035986A JP 3598688 A JP3598688 A JP 3598688A JP H0828640 B2 JPH0828640 B2 JP H0828640B2
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- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
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- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
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Landscapes
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、1MHz前後と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に
関する。
晶振動子に関する。特に、その振動子形状と励振電極に
関する。
本発明は、振動モレの非常に少ない、すなわち、損失
抵抗R1の小さい縦水晶振動子を提供することにある。水
晶は、物理的、化学的に大変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性が得られるの
は、振動モレの小さい振動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、振動部のエネル
ギーを振動部内部に閉じ込めることができる。即ち、本
発明の目的は、振動モレの小さい縦水晶振動子を得るこ
とにある。更に、本発明は損失抵抗R1の小さくなる励振
電極を提供することにある。
抵抗R1の小さい縦水晶振動子を提供することにある。水
晶は、物理的、化学的に大変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性が得られるの
は、振動モレの小さい振動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、振動部のエネル
ギーを振動部内部に閉じ込めることができる。即ち、本
発明の目的は、振動モレの小さい縦水晶振動子を得るこ
とにある。更に、本発明は損失抵抗R1の小さくなる励振
電極を提供することにある。
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、振動部のエネルギー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。
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、振動部のエネルギー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。
このために、増幅器の増幅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形状を提供
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。
きたが消費電流が多くなる等の欠点があり、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形状を提供
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。
上記問題に対し、本発明は以下の方法で解決するもの
である。すなわち、一端がマウント部に、両側面が外枠
に包囲され、他端がフレームに包囲された水晶振動子か
らなり、前記振動子は、支持部を形成する屈曲部とこれ
を介して支持された振動部とからなり、かつ、これらが
エッチング法によって一体に形成された縦水晶振動子で
あって、前記屈曲部は、振動部のマウント側とその両側
とを囲み、その基部はフレームに接続され、前記フレー
ムはさらに外枠に接続され、前記外枠の幅は一定で、さ
らに、振動部に配置された上面電極はブリッジ部を介し
て同一平面上のマウント部まで延在し、振動部の下面電
極はブリッジ部を介して同一平面上のマウント部まで延
在して配置した構成にすることにより、本発明の目的を
達成している。次に、本発明の原理について説明する。
である。すなわち、一端がマウント部に、両側面が外枠
に包囲され、他端がフレームに包囲された水晶振動子か
らなり、前記振動子は、支持部を形成する屈曲部とこれ
を介して支持された振動部とからなり、かつ、これらが
エッチング法によって一体に形成された縦水晶振動子で
あって、前記屈曲部は、振動部のマウント側とその両側
とを囲み、その基部はフレームに接続され、前記フレー
ムはさらに外枠に接続され、前記外枠の幅は一定で、さ
らに、振動部に配置された上面電極はブリッジ部を介し
て同一平面上のマウント部まで延在し、振動部の下面電
極はブリッジ部を介して同一平面上のマウント部まで延
在して配置した構成にすることにより、本発明の目的を
達成している。次に、本発明の原理について説明する。
第１図は本発明の縦水晶振動子の原理を説明するため
の簡略化した図である。振動子１は振動部２と支持部３
から成り、支持部３は一端固定、他端支持という条件で
固定されていると考えることができる。また、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１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は当然矢印
Ｂで示すごとく内側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の歪みエネルギーによって決まる。即
ち、振動部２の歪みエネルギーをU1屈曲部の歪みエネル
ギーをU2とすると、U1，U2は次式で表わされる。
の簡略化した図である。振動子１は振動部２と支持部３
から成り、支持部３は一端固定、他端支持という条件で
固定されていると考えることができる。また、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１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は当然矢印
Ｂで示すごとく内側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の歪みエネルギーによって決まる。即
ち、振動部２の歪みエネルギーをU1屈曲部の歪みエネル
ギーをU2とすると、U1，U2は次式で表わされる。
但し、応力T2，歪みS2，ヤング率E,断面二次モーメン
トI,変位v,体積V1，V2，座標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。
トI,変位v,体積V1，V2，座標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。
U1＞U2 −（３） これより、屈曲部５の寸法L2，W2が決定される。例え
ば、本発明の周波数1MHzのときの振動部の寸法は長さL1
＝2.6mm,W1＝80μm,T＝160μｍのとき、支持部の屈曲部
の寸法比W2／L2は0.16以下であれば良い。このように寸
法が決めることにより、損失抵抗の小さい、且つ、高い
Ｑ値を持った縦水晶振動子を得ることができる。
ば、本発明の周波数1MHzのときの振動部の寸法は長さL1
＝2.6mm,W1＝80μm,T＝160μｍのとき、支持部の屈曲部
の寸法比W2／L2は0.16以下であれば良い。このように寸
法が決めることにより、損失抵抗の小さい、且つ、高い
Ｑ値を持った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１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へブリッジ部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、一端固定部
のマウントされる部分、即ち、固定部の質量が無限に大
きければ、支持部３のエネルギーはモレないことにな
る。同様に、他端支持の条件を持つ支持部３は自由にす
ることによって、エネルギーモレをなくすことができ
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、即ち、屈曲部の幅
と長さの比を選択することにより、振動部の振動を自由
にし、且つ、屈曲モード変形する部分と接続する部分の
質量を大きく、更に、回転自由にすることによって、本
発明の目的を達成するものである。
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へブリッジ部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、一端固定部
のマウントされる部分、即ち、固定部の質量が無限に大
きければ、支持部３のエネルギーはモレないことにな
る。同様に、他端支持の条件を持つ支持部３は自由にす
ることによって、エネルギーモレをなくすことができ
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、即ち、屈曲部の幅
と長さの比を選択することにより、振動部の振動を自由
にし、且つ、屈曲モード変形する部分と接続する部分の
質量を大きく、更に、回転自由にすることによって、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極について述べ
る。第２図の縦水晶振動子は座標系から分かるようにＹ
軸方向に変位する。従って、Ｙ軸方向の歪みが多く発生
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,Y軸,Z軸方向の電気偏極を とすると 但し、ε11，ε14は圧電定数、εxx，eyy，eyz，
ezx，exyは歪みを表わす。式（４）から明らかなよう
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。換言するならば、Ｘ軸に
垂直な面に電極を配置すれば良い。
る。第２図の縦水晶振動子は座標系から分かるようにＹ
軸方向に変位する。従って、Ｙ軸方向の歪みが多く発生
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,Y軸,Z軸方向の電気偏極を とすると 但し、ε11，ε14は圧電定数、εxx，eyy，eyz，
ezx，exyは歪みを表わす。式（４）から明らかなよう
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。換言するならば、Ｘ軸に
垂直な面に電極を配置すれば良い。
さらに、詳述すると、振動部に配置された上面電極は
ブリッジ部を介して同一平面上のマウント部まで延在
し、振動部の下面電極はブリッジ部を介して同一平面上
のマウント部まで延在して配置されている。
ブリッジ部を介して同一平面上のマウント部まで延在
し、振動部の下面電極はブリッジ部を介して同一平面上
のマウント部まで延在して配置されている。
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
に、Ｘ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。
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
に、Ｘ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。
次に、本発明にて得られた結果を具体的に延べる。第
２図は本発明の縦水晶振動子の一実施例で、振動子１は
振動部２と支持部３から構成されていて、エッチング法
によって一体に形成されている。通常はエッチング加工
が容易なカット角で構成される。今、水晶の電気軸をＸ
軸、機械軸をＹ軸、光軸をＺ軸とし、Ｙ軸まわりの回転
角をθとするとθは40度〜70度の中から要求仕様に応じ
て決められる。この時に励振電極は振動部２の上下面に
配置される。即ち、上面電極８と下面電極９である。更
に、両電極8,9は支持部３を介してマウント部７まで設
けられ、マウント部７で固定される。このことから、上
面電極８と下面電極９に交番電圧を印加することによっ
て、長手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の長手方向の振動を自
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、本発明では支持部
３の屈曲部５の長さＬと幅Ｗの比によって決まる。即
ち、周波数が約1MHzの場合、W/Lが0.16以下であれば、
長手方向の振動の抑圧を防止することができる。次に、
振動モレは、振動部２からブリッジ部４を介して屈曲部
５へと一体にエッチング法によって形成され、その端部
はフレーム６に接続されている。このとき屈曲部５は屈
曲モードで振動するが、一端がフレーム６に接続され、
他端は振動部２を囲むようにして自由に振動できる構造
になっているので、即ち、一端は固定、他端は支持とい
う境界条件をもつ振動をする。それ故、フレーム６の質
量を大きくすると支持部３の先端部にエネルギーを閉じ
込めることができるので、マウント部７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。
２図は本発明の縦水晶振動子の一実施例で、振動子１は
振動部２と支持部３から構成されていて、エッチング法
によって一体に形成されている。通常はエッチング加工
が容易なカット角で構成される。今、水晶の電気軸をＸ
軸、機械軸をＹ軸、光軸をＺ軸とし、Ｙ軸まわりの回転
角をθとするとθは40度〜70度の中から要求仕様に応じ
て決められる。この時に励振電極は振動部２の上下面に
配置される。即ち、上面電極８と下面電極９である。更
に、両電極8,9は支持部３を介してマウント部７まで設
けられ、マウント部７で固定される。このことから、上
面電極８と下面電極９に交番電圧を印加することによっ
て、長手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の長手方向の振動を自
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、本発明では支持部
３の屈曲部５の長さＬと幅Ｗの比によって決まる。即
ち、周波数が約1MHzの場合、W/Lが0.16以下であれば、
長手方向の振動の抑圧を防止することができる。次に、
振動モレは、振動部２からブリッジ部４を介して屈曲部
５へと一体にエッチング法によって形成され、その端部
はフレーム６に接続されている。このとき屈曲部５は屈
曲モードで振動するが、一端がフレーム６に接続され、
他端は振動部２を囲むようにして自由に振動できる構造
になっているので、即ち、一端は固定、他端は支持とい
う境界条件をもつ振動をする。それ故、フレーム６の質
量を大きくすると支持部３の先端部にエネルギーを閉じ
込めることができるので、マウント部７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。
以上延べたように、本発明は振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おいて、
新形状と上下面励振電極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。
ング法によって一体に形成する縦水晶振動子において、
新形状と上下面励振電極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、損失抵抗が小さくなる。
にさせることができるので、損失抵抗が小さくなる。
屈曲部をマウント部と逆の方向のフレームに接続し、
又、フレームは質量効果があるので、振動モレが小さく
なる。
又、フレームは質量効果があるので、振動モレが小さく
なる。
振動部の上下両面に励振電極を配置するので、電界強
度が一定となり、損失抵抗R1のバラツキが小さくなると
同時に低くなる。
度が一定となり、損失抵抗R1のバラツキが小さくなると
同時に低くなる。
片側でマウントするので、製造が容易、且つ、小型化
ができる。
ができる。
第１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。 第２図は本発明の縦水晶振動子形状寸法と励振電極配置
の一実施例を示す平面図である。 １……振動子 ２……振動部 ３……支持部 ４……ブリッジ部 ５……屈曲部 ６……フレーム ７……マウント部 ８……上面電極 ９……下面電極 θ……カット角 X,Y,Z……結晶軸 L1……振動部の長さ W1……振動部の幅 Ｔ……厚み
簡略化した平面図である。 第２図は本発明の縦水晶振動子形状寸法と励振電極配置
の一実施例を示す平面図である。 １……振動子 ２……振動部 ３……支持部 ４……ブリッジ部 ５……屈曲部 ６……フレーム ７……マウント部 ８……上面電極 ９……下面電極 θ……カット角 X,Y,Z……結晶軸 L1……振動部の長さ W1……振動部の幅 Ｔ……厚み
Claims (1)
- 【請求項１】一端がマウント部に、両側面が外枠に包囲
され、他端がフレームに包囲された水晶振動子からな
り、前記振動子は、支持部を形成する屈曲部とこれを介
して支持された振動部とからなり、かつ、これらがエッ
チング法によって一体に形成された縦水晶振動子であっ
て、前記屈曲部は、振動部のマウント側とその両側とを
囲み、その基部はフレームに接続され、前記フレームは
さらに外枠に接続され、前記外枠の幅は一定で、さら
に、振動部に配置された上面電極はブリッジ部を介して
同一平面上のマウント部まで延在し、振動部の下面電極
はブリッジ部を介して同一平面上のマウント部まで延在
して配置されていることを特徴とする縦水晶振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63035986A JPH0828640B2 (ja) | 1988-02-18 | 1988-02-18 | 縦水晶振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63035986A JPH0828640B2 (ja) | 1988-02-18 | 1988-02-18 | 縦水晶振動子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01212013A JPH01212013A (ja) | 1989-08-25 |
| JPH0828640B2 true JPH0828640B2 (ja) | 1996-03-21 |
Family
ID=12457187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63035986A Expired - Lifetime JPH0828640B2 (ja) | 1988-02-18 | 1988-02-18 | 縦水晶振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0828640B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI787772B (zh) * | 2021-03-30 | 2022-12-21 | 台灣晶技股份有限公司 | 吸震式晶體振子封裝結構 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5917627U (ja) * | 1982-07-23 | 1984-02-02 | キンセキ株式会社 | 圧電振動子 |
| JPS6070810A (ja) * | 1983-09-27 | 1985-04-22 | Matsushima Kogyo Co Ltd | 縦振動型圧電振動子 |
| JPS62138382A (ja) * | 1985-12-07 | 1987-06-22 | 日本工機株式会社 | 爆薬粒の製造方法 |
-
1988
- 1988-02-18 JP JP63035986A patent/JPH0828640B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01212013A (ja) | 1989-08-25 |
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