JPS5862917A - 音叉型水晶振動子 - 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】 本発明は、厚み方向への変位成分が支配的な振動モード
金主根又は副機として用いる音叉型水晶振動子に関する
。

本発明の目的は、音叉型水晶振動子の基部から容器を伝
わって外部へ漏れる振動エネルギーを小さくすることに
ある。

近年、重子時計の高精度化に伴い、いくつかの提案がな
されている。このうち、厚み方向への変位成分が支配的
な振動モードを主根又は副機として用いる音叉型水晶振
動子が注目されている。その中でも、特に屈曲振動モー
ドを主根にし、ねじ−ｆ１損動モート０を鳩１損に署−
で６膏を鈷会弐訃−客爲有望と見なされている。しかし
カからこの振動子には、音叉の基部から外部へ漏れる振
動エネルギーが大きいという問題があり、未だ実用化の
域に達してい表い、つまり、面内の蜜位成分が支配的表
屈曲振動に関しては、振動子の形状や寸法′ｆ変えるこ
とにより音叉基部での変位量を小さくできる（つまり、
外部へ漏れる振動エネルギーを少なくできる）が、一方
、厚み方向への変位成分が支配的なねじれ振動モードに
関しては、振動子の形状・寸法を変えても音叉基部での
厚み方向変位成分を小さくすることができないからであ
る。

振動漏れが大きいということは、発振周波数の経時変化
やＣＩ（クリスタルインピーダンス）値の増加が顕著に
なるということであり、ＩｖＩＴＬ高精ｆを目ざす場合
には、ぜひ解決しなければならぬ問題である。

本−発明は、以上述べてきた従来の欠点を除去せんとす
るものである。

以下、図面とともに本発明を説明していく。

第１図は、ねじれ振動モードで振動する音叉型振動子と
Ａ−ム′軸上で見た厚み方向変位分布を示している。振
動子１社、２本の振動腕２と基部５とからなっている０
図、で示されているように厚〜み方向変位量は、音叉基
部でかなり大きくなっている。ま７ｔ＠２図は、第１図
と同じ音叉ｍｍ勤子とＢ−Ｂ’輪軸上見た厚み方向変位
分布を示している。第２図（１，）は、基部全体が同じ
位相で振動している場合であり、第２図＜ａ＞は基部の
両端と中央で位相が逆となっている場合を示しており、
両者は音叉型振動子の基部寸法によりどちらも出現可能
である。

第３図は、本発明の音叉型水晶振動子の一実施例である
。第３図（＆）において、振動子ＩＦ１２本の振動腕２
と、振動腕同志を接続する基部５と、畿動子を支持する
支持部材に固定されるマウント部８、及び基部５とマウ
ント部８を接続している：・ ブリッヂ部７．７′でＷＩ成されている。さて、基部の
厚み方向変位分布が第２図（ｂ）のようになっている時
には、第３図（ａ）のＢ−Ｂ’輪軸上見几厚み方向変位
分布は、第３図（Ｃ）のＢ−Ｂ’曲線で示されているよ
うになって、ブリッヂ部７゜７′があたかも厚み屈曲振
動しているかの如きになっている。このような状態にお
いて、ブリッヂ部７．７′の寸法ｊ！、ωを適当な値に
することによって、〜つ゛・ント部側で非常に変位が小
さくな−る条件の存在することを見出すことができた。

つまり・長さをり、長手方向のヤング率をＺ、密度をρ
、ｊ享み′ｔｔとした時の片持ちばねの周波数は、概略 のようになるが、第５図（ａ）のブリッヂ＠ｙ。

７′がｆｔ−音叉型水晶振動子の共振周波数ｆｒとした
時に、■式を満足する厚みｔと長さＬｔ−有している時
には、ブリッヂ部が基部ｓ側で振幅が大きくマウント部
Ｂ側でほとんど変位しない状態になるのである。即ち、
■式の各変数を水晶の値とし次時に ′Ｉｔ’　＝　Ｑ、４　Ｘ　（ｔ／ｆ　ｒ　（１／ρ）
＋）＋・・・・・・　■を満足する長さ１′をブリッヂ
が有していれば、理想的にはマウント部は固定瑠と゛な
って動かなくなるのである。しかし実際には、ブリッヂ
部を片持ちばりと見なせないので、とりうる長さｎＦｉ
ｊｌ＝（α７〜１．３）・Ｌ′　・・・・・・・・・・
・・　■という範囲内でばらつくのである。従って、振
動子を設計するにあたっては、■式と０式によりだいた
いの厚みｔと長さＪ！を決定して、その付近で最適値を
求めるべく実験すれば良い、（当然、特悸値としては振
動漏れに関するものが選ばれることになる）。

以上のような条件では、第３図（ａ）に示す振動子のマ
ウント部８におけるｃ−ａ’細軸上糊った厚み方向の変
位分布は、第３図（Ｃ）のＣ−０１曲線のようになる。

１次第５図（、）のＡ−Ａ′上で測った厚み方向変位分
布は、第５図（１））となっており、マウント部の変位
が非常に小さくなっているのがわかるであろう。

ところで、８ｇ６図（ａ）の振動子の基部３における変
位が第２図（Ｃ）のようになっているときには、上に述
べたようなｓ２図（ｂ）の変位分布の場合のように振動
漏れを改善できるが、第２図（Ｑ）かられかるように、
変位の傾きが急となっているために、ブリッヂ部で厚み
屈曲振動モードとなりにくく、■・０式の条件が厳しく
なるという欠点がある。

本発明の音叉型水晶振動子を支持材等にマウントした状
態を第４図に示した。振動子１は第３図と同じで＃）ネ
、各部の記号は同じものを使用している。マウント部８
は、本発明の効果により厚み方向変位が非常に小さくな
っており、半田１１゜１１／で支持材１０，１０’にマ
ウントしても、振動子から支持部材を伝わって外部へ漏
れる振動エネルギーは小さくなっている。

さて、第５図（、）に示すブリッヂ［７＃　７’の幅寸
法ωについては述べていなぞ一つたが、このブリッヂ部
が純粋な厚み屈曲振動をするために制限が生じる。我々
の検討によると ωくｊ／３　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・■となっていれば、充分な効果がでることを
確認した。板厚５０μ漠の振動子が約１．５０’ＫＨｉ
のねじれ振動モードで振動している時にｉ、ブリッヂ部
はＬが約６００　＃ｓ　、幅ωが約１００μ溝の条件で
良好な特性が実験的に得られている。

以上、本発明を図面とともに説明してきたが、振動子は
リソグラフィープロセスにより成形すると、複雑な形状
でも、−［［大量に精［１（作れるので、何ら製造上の
制限はない。

本発明の効果をまとめると次のようになる。

■　従来は不可能であった厚み方向変位成分による振動
漏れ全容易に改善できる。

■　製造上の問題は何らなく、またコストアップにもな
らないので、容易に適用できる。

以上、本発明の効果は大きく、その工業的価値は高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、音叉型水晶振動子の平面図と厚み方向変位成
分の分布図を示している。 第２図（ａ）は振動子の平面図、（ｂ）、　　（０）は
その厚み方向変位成分の分布図。 第３図（ａ）は、本発明の音叉型水晶振動子の一実施例
を示す平面図で、（ｂ）、（ｃ）はその時の摩み方向変
位成分の分布図を示している。 第４図は、本発明の音叉型水晶振動子のマウント状態を
示す平面図である。 １・・・・・・音叉型水晶振動子 ２・・・・・・振動腕 ３・・・・・・基　部 ７．７／・・・・・・ブリッヂ部 ８・・・・・・マウント部 以上 出願人　株式会社第二精工舎 第１図 第２図（α） 第３図（α） 第３図（Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　厚み方向への変位成分が支配的な振動モード
   を主根又は副機として用いる音叉型水晶振動子において
   、前記音叉型水晶振動子は、２本の振動腕と、前記振動
   腕ｔ−接続する基部と、前記音叉型水晶振動子を支持す
   る支持部材に固定されるマウント部と、及び前記基部と
   マウント部を接続するブリッヂ部より構成されており、
   かつ水晶振動子の厚みをｔ、前記ブリッヂ部の長さをり
   、振動子の主根の共振周波数をｆｔとすると、 ｔｔｌ＝α４　ｘ　（ｔ／ｆｒ　（Ｂ／＃　）−ｔ）−
   ＆−ここで、Ｉ１８：振動子長手方向のヤング率（ β：振動子の密度 ｎ＝（α７〜１．！１）４１’ の関係式を有していることを特徴とする音叉型水（２、
   特許請求の範囲第（１）項において、ブリッヂ部の幅を
   ωとすると ω＜Ｌ／３ の関係式を有していることｔ−４！徴とする音叉型水晶
   振動子。