JPH0831764B2 - 縦水晶振動子の電極構造 - Google Patents

縦水晶振動子の電極構造

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JPH0831764B2
JPH0831764B2 JP63286969A JP28696988A JPH0831764B2 JP H0831764 B2 JPH0831764 B2 JP H0831764B2 JP 63286969 A JP63286969 A JP 63286969A JP 28696988 A JP28696988 A JP 28696988A JP H0831764 B2 JPH0831764 B2 JP H0831764B2
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宏文 川島
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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3MHz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、その振動子形状と励振
電極配置に関する。
〔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、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、改善したものに対し、高次振動を誘起させこ
とにより、高次振動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、高い周波数であっても損
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。そのために、本発明は、損失抵抗R1
小さくなる、電界効率のよい励振電極を提供することに
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。
同時に、3次高調波振動でのR1も上記の理由により小さ
くできなかった。
〔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、振動モレが小さく、励振効
率のよい励振電極を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
第1図(a)、(b)は本発明の縦水晶振動子の平面
を示す一実施例で、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、振動部2の内側では矢印Bで示すように、支
持部3の矢印方向に変位する振動をする。即ち、3次高
調波モードで振動する。従って、このとき支持部3の屈
曲部は当然矢印Cで示すごとく外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
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。
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3次高調波の基本発振周波数1MHzのときの
振動部の寸法は長さL1=2.6mm、W1=80μm、T=160μ
mのとき、支持部の屈曲部の寸法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。
〔作用〕
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、励振電極配置を工夫、改善することにより、3次高
調波振動を容易に引き起こし、より高い周波数を得るこ
とができる。
〔実施例〕
次に、本発明にて得られた結果を具体的に述べる。第
1図(a)、(b)は本発明の縦水晶振動子の一実施例
で、第1図(a)は正面図、第1図(b)は下面図であ
る。振動子1は振動部2と支持部3からブリッジ部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。振動部2は外部か
らの電界駆動、即ち、励振電極9、10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、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3MHzの場合、辺比W/
Lが0.16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、穴7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。次に、本発明の特徴
とする3次高調波の励振方法について述べる。第2図に
示すごとく、3次高調波振動は外側に伸びる変位と内側
に縮む変位で示される。それ故、矢印A、Bで示すよう
な変位が生じるように励振電極を配置すれば良い。この
ことから、第1図(a)、(b)で示すごとく、励振電
極9、10が異電極に、且つ、振動2で3分割され、隣接
する電極は異極性の電圧が印加されるように構成すれば
よい。これにより、3次高調波振動を容易に引き起こす
ことができる。又、3分割された同極の電極を接続する
接続電極13、14は、それぞれ同一平面に設けられてい
る。更に、振動部2に配置された励振電極9、10は、ブ
リッジ部を介して屈曲部からフレームを通ってマウント
部まで延在し、ブリッジ部4からフレーム6への電極は
表面の全面に配置されている。
〔発明の効果〕
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、
新しい形状の縦水晶振動子と3次高調波振動を容易に励
振する電極配置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。
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。
振動部に3分割された、且つ、隣接する電極は異る
極性の電圧が印加されるように構成されているので、3
次高調波振動を容易に誘起させ、より高い周波数を得る
ことができる。
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。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、(b)は本発明の縦水晶振動子形状寸法
と電極配置を示す一実施例である。第1図(a)は正面
図、第1図(b)は下面図である。 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。 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……穴 8……マウント部 9、10……励振電極 11、12……電極 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

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】振動部と支持部をエッチング法によって一
    体に形成され、振動部は一対のブリッジ部を介して各々
    の屈曲部に接続され、更に、各屈曲部は穴の両端を介し
    て各フレームの一方の端部に接続され、該各フレームの
    他方の端部は同一のマウント部まで延びている縦水晶振
    動子において、前記振動部に設けられた励振電極は3分
    割され、隣接する電極は異極性の電圧が印加されるよう
    に構成され、前記3分割の同極を接続する接続電極は振
    動部の同一平面に設けられ、励振電極は一対のブリッジ
    部を介して屈曲部からフレームを通って前記同一のマウ
    ント部まで延在し、ブリッジ部からフレームへの電極は
    表面の全面に配置されていること特徴とする縦水晶振動
    子の電極構造。
JP63286969A 1988-11-14 1988-11-14 縦水晶振動子の電極構造 Expired - Lifetime JPH0831764B2 (ja)

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CH641632B (fr) * 1981-01-15 Asulab Sa Micro-resonateur piezo-electrique.
DE3379623D1 (en) * 1982-06-04 1989-05-18 Statek Corp Extensional mode piezoelectric microresonator
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
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JPS63260311A (ja) * 1987-04-17 1988-10-27 Seiko Electronic Components Ltd 縦水晶振動子

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