JPH0831761B2 - 縦水晶振動子 - Google Patents
縦水晶振動子Info
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- JPH0831761B2 JPH0831761B2 JP63286965A JP28696588A JPH0831761B2 JP H0831761 B2 JPH0831761 B2 JP H0831761B2 JP 63286965 A JP63286965 A JP 63286965A JP 28696588 A JP28696588 A JP 28696588A JP H0831761 B2 JPH0831761 B2 JP H0831761B2
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- vibration
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- vibrating
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- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims description 28
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 17
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
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- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
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- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
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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、周波数が1MHz前後の中周波数帯をカバーす
る縦水晶振動子に関する。特に、その振動子形状とカッ
ト角に関する。
る縦水晶振動子に関する。特に、その振動子形状とカッ
ト角に関する。
〔発明の概要〕 本発明は、振動モレが非常に少なく、R1の小さい、周
波数温度特性に優れた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帯に形成された縦
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。その結果、損失抵抗R1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
は零温度係数を与えるカット角を得ることにある。
波数温度特性に優れた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帯に形成された縦
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。その結果、損失抵抗R1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
は零温度係数を与えるカット角を得ることにある。
〔従来の技術〕 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、増幅器の増巾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、本発明の縦水晶振動子形状
は従来のものと比較して複雑な形状をしているが、本形
状の振動子についても零温度係数を与えるカット角を提
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、本発明の縦水晶振動子形状
は従来のものと比較して複雑な形状をしているが、本形
状の振動子についても零温度係数を与えるカット角を提
供するものである。
第１図は本発明の縦水晶振動子の一実施例で、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。第２図において、振動子１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の屈曲
部は、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
U1、屈曲部のひずみエネルギーをU2とすると、U1、U2は
次式で表わされる。
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。第２図において、振動子１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の屈曲
部は、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
U1、屈曲部のひずみエネルギーをU2とすると、U1、U2は
次式で表わされる。
但し、応力T2、ひずみS2、ヤング率Ｅ、断面２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。
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。
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
へ第１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３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、即ち、幅W2と長さ
L2の比W2／L2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、周波数
温度特性について述べる。第２図で長さL1が厚みＴと幅
W1に対して非常に大きいときには従来の縦水晶振動子と
同じになり、その時の周波数ｆ1は次式で表わされる。
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
へ第１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３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、即ち、幅W2と長さ
L2の比W2／L2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、周波数
温度特性について述べる。第２図で長さL1が厚みＴと幅
W1に対して非常に大きいときには従来の縦水晶振動子と
同じになり、その時の周波数ｆ1は次式で表わされる。
但し、ｐは水晶の密度、Ｓ′22は弾性コンプラィアン
ス、ｍは振動の次数である。しかしながら、本発明のよ
うに、L1とＴはW1より非常に大きく、且つ、L1とＴがあ
まり差がない時には、長さ方向の振動と厚みＴ方向の振
動が結合する。それ故、結合したときの周波数をｆとす
ると次式で示される。
ス、ｍは振動の次数である。しかしながら、本発明のよ
うに、L1とＴはW1より非常に大きく、且つ、L1とＴがあ
まり差がない時には、長さ方向の振動と厚みＴ方向の振
動が結合する。それ故、結合したときの周波数をｆとす
ると次式で示される。
但し、ｆ2は厚みＴによって決まる周波数である。
又、Kmは結合係数である。従って、式（５）を使って、
寸法とカット角に対する周波数温度係数との関係が算出
される。これより零温度係数を与えるカット角が得られ
る。
又、Kmは結合係数である。従って、式（５）を使って、
寸法とカット角に対する周波数温度係数との関係が算出
される。これより零温度係数を与えるカット角が得られ
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。
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。
次に、本発明にて得られた結果を具体的に述べる。第
１図は本発明の縦水晶振動子の一実施例を示す平面図
で、振動子１は振動部２と支持部３から構成されて、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は一対の第１ブリッジ部４、一対の屈曲部５、一対の
穴７、一対の第２ブリッジ部13、一対のフレーム６と、
マウント部８から成っている。振動部２は外部からの電
界駆動（図示されてない）にて、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、第１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の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Ｌと幅Ｗ（図示されてない）の比に
よって、例えば、周波数が約1MHzの場合、辺比W/Lが0.1
6以下であれば、長手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
１は振動部２から第１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、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、各穴７は各第２ブリッジ部13を経由して各フ
レーム６の一端に接続され、各フレーム６の他端部は同
一のマウント部８まで延びている。それ故、振動部２の
第１ブリッジ部４の方向の振動は屈曲モードに変換さ
れ、且つ、穴７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。第３
図は本発明の縦水晶振動子の座標系を示す斜視図で、図
示のようにＺ軸に直交する平板よりなるものである。
又、縦水晶振動子の寸法は長さL1、幅W1、厚みＴとする
と、式（５）よりカット角θと寸法比T/L1の関数として
１次温度係数αと２次温度係数βとが計算される。本発
明の計算では任意の温度20℃で求めた。それ故、この時
の頂点温度（Tp）は次式から算出される。
１図は本発明の縦水晶振動子の一実施例を示す平面図
で、振動子１は振動部２と支持部３から構成されて、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は一対の第１ブリッジ部４、一対の屈曲部５、一対の
穴７、一対の第２ブリッジ部13、一対のフレーム６と、
マウント部８から成っている。振動部２は外部からの電
界駆動（図示されてない）にて、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、第１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の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Ｌと幅Ｗ（図示されてない）の比に
よって、例えば、周波数が約1MHzの場合、辺比W/Lが0.1
6以下であれば、長手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
１は振動部２から第１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、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、各穴７は各第２ブリッジ部13を経由して各フ
レーム６の一端に接続され、各フレーム６の他端部は同
一のマウント部８まで延びている。それ故、振動部２の
第１ブリッジ部４の方向の振動は屈曲モードに変換さ
れ、且つ、穴７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。第３
図は本発明の縦水晶振動子の座標系を示す斜視図で、図
示のようにＺ軸に直交する平板よりなるものである。
又、縦水晶振動子の寸法は長さL1、幅W1、厚みＴとする
と、式（５）よりカット角θと寸法比T/L1の関数として
１次温度係数αと２次温度係数βとが計算される。本発
明の計算では任意の温度20℃で求めた。それ故、この時
の頂点温度（Tp）は次式から算出される。
第４図は寸法比T/L1＝0.062の時の第３図で示すＺ板
振動子の座標系でのＸ軸回転のカット角θと頂点温度
（Tp）との関係を示す。カット角θが−２°でTpは−10
℃でθが大きくなるとTpも大きくなる。θが０°でTpは
約21℃、θ＝４°でTp＝60℃となる。このようにカット
角θによってTpを自由に動かすことができ、要求仕様に
応じて選択すればよい。本発明ではTpを−10℃〜＋60℃
となるカット角θを提供するものである。即ち、θを−
２度〜＋４度にすれば良い。従って、−10℃〜＋60℃の
範囲内では特に周波数変化の小さい縦水晶振動子が得ら
れる。
振動子の座標系でのＸ軸回転のカット角θと頂点温度
（Tp）との関係を示す。カット角θが−２°でTpは−10
℃でθが大きくなるとTpも大きくなる。θが０°でTpは
約21℃、θ＝４°でTp＝60℃となる。このようにカット
角θによってTpを自由に動かすことができ、要求仕様に
応じて選択すればよい。本発明ではTpを−10℃〜＋60℃
となるカット角θを提供するものである。即ち、θを−
２度〜＋４度にすれば良い。従って、−10℃〜＋60℃の
範囲内では特に周波数変化の小さい縦水晶振動子が得ら
れる。
以上述べたように、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。
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、損失抵抗が小さくなる。
由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、R1の小さい振動子
が得られる。
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、R1の小さい振動子
が得られる。
カット角θの選択により零温度係数が存在するの
で、広い温度範囲に亙って周波数変化が小さくなる。
で、広い温度範囲に亙って周波数変化が小さくなる。
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。
化ができる。
第１図は本発明の縦水晶振動子形状寸法の一実施例を示
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。 第３図は本発明の縦水晶振動子の周波数温度特性を解析
するための座標系を示す斜視図である。 第４図は本発明の縦水晶振動子の頂点温度とカット角θ
との関係を示す特性図である。 １……振動子 ２……振動部 ３……支持部 ４……第１ブリッジ部 ５……屈曲部 ６……フレーム ７……穴 ８……マウント部 13……第２ブリッジ部 Ｌ、L2……屈曲部の長さ Ｗ、W2……屈曲部の幅 L1……振動部の長さ W1……振動部の幅 Ｔ……厚み Ｘ、Ｙ、Ｚ……電気軸、機械軸、光軸
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。 第３図は本発明の縦水晶振動子の周波数温度特性を解析
するための座標系を示す斜視図である。 第４図は本発明の縦水晶振動子の頂点温度とカット角θ
との関係を示す特性図である。 １……振動子 ２……振動部 ３……支持部 ４……第１ブリッジ部 ５……屈曲部 ６……フレーム ７……穴 ８……マウント部 13……第２ブリッジ部 Ｌ、L2……屈曲部の長さ Ｗ、W2……屈曲部の幅 L1……振動部の長さ W1……振動部の幅 Ｔ……厚み Ｘ、Ｙ、Ｚ……電気軸、機械軸、光軸
Claims (1)
- 【請求項１】振動部と支持部をエッチング法によって一
体に形成し、振動部は一対の第１ブリッジ部を介して一
対の各屈曲部に接続され、更に、穴の両端を介して各々
の第２ブリッジ部を経由して、一対の各フレームの一端
に接続される縦水晶振動子において、前記各々のフレー
ムの他端部は同一のマウント部まで延び、振動子はＺ板
をＸ軸を回転軸として−２度〜＋４度の範囲から形成さ
ている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 |
|---|---|---|---|
| JP63286965A JPH0831761B2 (ja) | 1988-11-14 | 1988-11-14 | 縦水晶振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63286965A JPH0831761B2 (ja) | 1988-11-14 | 1988-11-14 | 縦水晶振動子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02132910A JPH02132910A (ja) | 1990-05-22 |
| JPH0831761B2 true JPH0831761B2 (ja) | 1996-03-27 |
Family
ID=17711247
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63286965A Expired - Lifetime JPH0831761B2 (ja) | 1988-11-14 | 1988-11-14 | 縦水晶振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0831761B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0454010A (ja) * | 1990-06-21 | 1992-02-21 | Seiko Electronic Components Ltd | 縦水晶振動子 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5937722A (ja) * | 1982-08-26 | 1984-03-01 | Matsushima Kogyo Co Ltd | 縦振動型圧電振動子 |
| JPS5937719A (ja) * | 1982-08-26 | 1984-03-01 | Matsushima Kogyo Co Ltd | 縦振動型圧電振動子の製造方法 |
| JPH0622311B2 (ja) * | 1986-02-21 | 1994-03-23 | セイコ−電子部品株式会社 | 輪郭すべり水晶振動子 |
| JPH0622310B2 (ja) * | 1986-02-21 | 1994-03-23 | セイコ−電子部品株式会社 | 輪郭すべり水晶振動子 |
| JPS63260311A (ja) * | 1987-04-17 | 1988-10-27 | Seiko Electronic Components Ltd | 縦水晶振動子 |
-
1988
- 1988-11-14 JP JP63286965A patent/JPH0831761B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02132910A (ja) | 1990-05-22 |
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