JPS6246090B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6246090B2 JPS6246090B2 JP53002985A JP298578A JPS6246090B2 JP S6246090 B2 JPS6246090 B2 JP S6246090B2 JP 53002985 A JP53002985 A JP 53002985A JP 298578 A JP298578 A JP 298578A JP S6246090 B2 JPS6246090 B2 JP S6246090B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- vibrating arm
- vibrator
- sub
- vibration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H9/21—Crystal tuning forks
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
音叉型振動子は高安定、高Ｑ値のため、広く実
用化され、特に時計用小型発振素子として広く用
いられている。第１図に従来のこの種の振動子の
概略図を示す。図中、１は振動子基底部、２は振
動アームであり、駆動用電極３は振動子基底部１
から振動アーム部２にかけて形成され、振動アー
ム部２では、その極性が隣接する側面で逆、対向
する側面で等しくなるように配置されている。
用化され、特に時計用小型発振素子として広く用
いられている。第１図に従来のこの種の振動子の
概略図を示す。図中、１は振動子基底部、２は振
動アームであり、駆動用電極３は振動子基底部１
から振動アーム部２にかけて形成され、振動アー
ム部２では、その極性が隣接する側面で逆、対向
する側面で等しくなるように配置されている。
従来この種の振動子の有効駆動用電極は第１図
に示すように、振動アーム２の先端部から振動ア
ーム２の分岐部までの長さをｌ、振動アーム２の
分岐部から有効駆動用電極３の先端までの長さを
l3としたとき、基本振動モードにおける共振抵抗
を小さく、また、Ｑ値を大きくするため、l3＝0.6
〜0.9というように振動アーム２の先端付近まで
駆動用電極３を形成していた。しかし、このよう
な電極配置にすると、発振回路の条件如何では、
時間標準素子としての性能上極めて好ましくない
高調波振動モード、特に一般に６倍波と呼ばれる
第２次振動モードで発振する恐れがあつた。
に示すように、振動アーム２の先端部から振動ア
ーム２の分岐部までの長さをｌ、振動アーム２の
分岐部から有効駆動用電極３の先端までの長さを
l3としたとき、基本振動モードにおける共振抵抗
を小さく、また、Ｑ値を大きくするため、l3＝0.6
〜0.9というように振動アーム２の先端付近まで
駆動用電極３を形成していた。しかし、このよう
な電極配置にすると、発振回路の条件如何では、
時間標準素子としての性能上極めて好ましくない
高調波振動モード、特に一般に６倍波と呼ばれる
第２次振動モードで発振する恐れがあつた。
この不要振動である第２次振動モードでの発振
を抑えるため、従来、第２図に示すように振動ア
ーム２上の有効駆動用電極３l3をl3＝0.4l〜0.5lと
短くし、第２次振動の共振抵抗を大きくする方法
がとられていた。しかし、この方法によると基本
振動の共振抵抗も増大するという避けられない欠
点が存在し、振動子の高性能化への大きな障害と
なつていた。
を抑えるため、従来、第２図に示すように振動ア
ーム２上の有効駆動用電極３l3をl3＝0.4l〜0.5lと
短くし、第２次振動の共振抵抗を大きくする方法
がとられていた。しかし、この方法によると基本
振動の共振抵抗も増大するという避けられない欠
点が存在し、振動子の高性能化への大きな障害と
なつていた。
本発明は、上記の問題点を解決した、つまり基
本振動の諸特性を低下させることなく第２次振動
での発振を極めて低く抑えた信頼性の高い安定な
単結晶振動子を実現することにある。
本振動の諸特性を低下させることなく第２次振動
での発振を極めて低く抑えた信頼性の高い安定な
単結晶振動子を実現することにある。
第３図に本発明の一実施例を示す。
本発明は有効駆動用主電極３に続いて、振動ア
ーム２の先端部に極性の異なる第２次振動抑制用
の電極４（以下、副電極と呼ぶ）を設けることに
ある。このとき各々の振動アーム２の４つの側面
のうち少なくとも２つ以上の側面において、同一
側面上の主電極３と副電極４はその極性を異なつ
たものとするというものである。
ーム２の先端部に極性の異なる第２次振動抑制用
の電極４（以下、副電極と呼ぶ）を設けることに
ある。このとき各々の振動アーム２の４つの側面
のうち少なくとも２つ以上の側面において、同一
側面上の主電極３と副電極４はその極性を異なつ
たものとするというものである。
次にこのような副電極４を設けることによつて
基本振動の共振低抗を増加させることなく第２次
振動モードでの発振を抑制する原理を説明する。
基本振動の共振低抗を増加させることなく第２次
振動モードでの発振を抑制する原理を説明する。
第４図Ａは振動子外形、第４図Ｂ，Ｃはそれぞ
れ基本振動モード、第２次振動モードにおける振
動子外側面上の応力分布を示すものであり、第４
図Ｄは、振動アーム２を単純な片持梁と仮定した
場合の第２次モードにおける応力分布である。
れ基本振動モード、第２次振動モードにおける振
動子外側面上の応力分布を示すものであり、第４
図Ｄは、振動アーム２を単純な片持梁と仮定した
場合の第２次モードにおける応力分布である。
一端固定、他端自由の片持梁では、第２次振動
モードにおいて、応力が０となるのは、固定端か
ら0.226lの点である（第４図Ｄ）。しかし、実際
の音叉型振動子においては、振動アーム２の分岐
部で固定されているのではなく、通常、基本振動
における変位の小さい点を選び、振動体基底部１
で固定する方法をとつているので、単純な梁の場
合と境界条件が大きく異なる。第４図Ｂ，Ｃは有
限要素法を用いて、このような音叉型振動子の共
振時の応力分布を解析した結果であり、固定条件
は第４図Ａに示すＰ点を固定とした。第４図Ｂ，
Ｃでプロツトした点は応力の計算結果であり、曲
線はそれらをなめらかに結んだものである。ま
た、縦軸は振動アーム２の長手方向の応力σx
を、全要素中の最大の応力σnaxで無次元化して
いる。これらの図より、基本振動、第２次振動い
ずれの場合も振動子外側面の基底部１上の部分に
も相当大きく応力が発生する領域が拡がつてお
り、また、第２次振動においては、振動アーム２
上で応力が０となるのは振動アーム２の分岐部よ
り約0.13lの点であり、片持梁の場合と大きく異
つている。さらに基底部１上でも振動アームの根
本より約0.2lの点で応力が０となる点が存在す
る。これらの点の前後で応力の符号は逆転し、し
たがつて発生する電荷の極性も逆転する。また、
単位面積当りに発生する電荷の量は応力に比例す
るので、振動子側面に発生する電荷分布の曲線は
応力分布の曲線と等しいものになる。第５図Ａに
振動子外側面上の電荷分布曲線を示す。ここで第
５図Ｂに示したように外側面に電極l1を配置する
と、この電極l1にはa′部、b′部の面積に相当する
それぞれ極性が逆の電荷が発生する。このとき、
a′部、b′部の面積が等しくなるような電極配置を
選べば、電極l1上の正負の電荷は相殺されて、実
際上電荷が発生しないことになり、振動子が第２
次モードで振動していても、その発生電荷を外部
に取り出し得ない。また、電極に励振電圧を印加
しても、第２次モードでの共振を起こし得ない。
つまり、共振抵抗が無限大になる。
モードにおいて、応力が０となるのは、固定端か
ら0.226lの点である（第４図Ｄ）。しかし、実際
の音叉型振動子においては、振動アーム２の分岐
部で固定されているのではなく、通常、基本振動
における変位の小さい点を選び、振動体基底部１
で固定する方法をとつているので、単純な梁の場
合と境界条件が大きく異なる。第４図Ｂ，Ｃは有
限要素法を用いて、このような音叉型振動子の共
振時の応力分布を解析した結果であり、固定条件
は第４図Ａに示すＰ点を固定とした。第４図Ｂ，
Ｃでプロツトした点は応力の計算結果であり、曲
線はそれらをなめらかに結んだものである。ま
た、縦軸は振動アーム２の長手方向の応力σx
を、全要素中の最大の応力σnaxで無次元化して
いる。これらの図より、基本振動、第２次振動い
ずれの場合も振動子外側面の基底部１上の部分に
も相当大きく応力が発生する領域が拡がつてお
り、また、第２次振動においては、振動アーム２
上で応力が０となるのは振動アーム２の分岐部よ
り約0.13lの点であり、片持梁の場合と大きく異
つている。さらに基底部１上でも振動アームの根
本より約0.2lの点で応力が０となる点が存在す
る。これらの点の前後で応力の符号は逆転し、し
たがつて発生する電荷の極性も逆転する。また、
単位面積当りに発生する電荷の量は応力に比例す
るので、振動子側面に発生する電荷分布の曲線は
応力分布の曲線と等しいものになる。第５図Ａに
振動子外側面上の電荷分布曲線を示す。ここで第
５図Ｂに示したように外側面に電極l1を配置する
と、この電極l1にはa′部、b′部の面積に相当する
それぞれ極性が逆の電荷が発生する。このとき、
a′部、b′部の面積が等しくなるような電極配置を
選べば、電極l1上の正負の電荷は相殺されて、実
際上電荷が発生しないことになり、振動子が第２
次モードで振動していても、その発生電荷を外部
に取り出し得ない。また、電極に励振電圧を印加
しても、第２次モードでの共振を起こし得ない。
つまり、共振抵抗が無限大になる。
内側面についても、その発生電荷分布曲線は第
４図Ｃとほぼ同様であるが、基底部１上に電極は
配置し得ないので、外側面電極と同様の考えに基
づいて電荷を相殺しようとすると、内側面電極l2
は第５図に示すように外側面電極の場合のl3より
も短くなる。
４図Ｃとほぼ同様であるが、基底部１上に電極は
配置し得ないので、外側面電極と同様の考えに基
づいて電荷を相殺しようとすると、内側面電極l2
は第５図に示すように外側面電極の場合のl3より
も短くなる。
次に外側面の電極l1に続いて、極性が逆の副電
極l5を配置すると、この副電極l5は極性の等しい
主電極l1から見れば第７図Ｂに示すように反対側
の振動アーム２の先端部に配置されることにな
り、この副電極l5に発生する電荷は、左右の振動
アーム２の振動が対称であるため、第７図Ａの破
線で示したように極性の異つたものとなる。これ
等の電荷を相殺するように電極配置を定めると
き、第５図Ａと第７図Ａを比較すれば明らかなよ
うに、駆動用主電極の長さl1は副電極l5の部分に
発生した電荷に相当する部分だけ大きくすること
が出来る。つまり副電極l5の存在によつて主電極
l1を長くすることができ、基本振動の共振抵抗を
小さくできる。又、副電極l5は基本振動の共振抵
抗を大きくする方向に働くが、基本振動における
発生電荷分布は第４図Ｂに示したように振動アー
ム２の先端部では非常に小さいので副電極l5の基
本振動に及ぼす影響は極めて小さい。
極l5を配置すると、この副電極l5は極性の等しい
主電極l1から見れば第７図Ｂに示すように反対側
の振動アーム２の先端部に配置されることにな
り、この副電極l5に発生する電荷は、左右の振動
アーム２の振動が対称であるため、第７図Ａの破
線で示したように極性の異つたものとなる。これ
等の電荷を相殺するように電極配置を定めると
き、第５図Ａと第７図Ａを比較すれば明らかなよ
うに、駆動用主電極の長さl1は副電極l5の部分に
発生した電荷に相当する部分だけ大きくすること
が出来る。つまり副電極l5の存在によつて主電極
l1を長くすることができ、基本振動の共振抵抗を
小さくできる。又、副電極l5は基本振動の共振抵
抗を大きくする方向に働くが、基本振動における
発生電荷分布は第４図Ｂに示したように振動アー
ム２の先端部では非常に小さいので副電極l5の基
本振動に及ぼす影響は極めて小さい。
振動アーム２の内側面についても同様にして主
電極部を大きくとることができる。
電極部を大きくとることができる。
以上に述べた原理によつて、駆動用主電極３に
続いて極性の異る副電極４を振動アーム２の先端
部に配置することにより基本振動の共振抵抗を増
大させることなく、第２次振動を極めて低く抑え
た振動子を実現することが出来る。
続いて極性の異る副電極４を振動アーム２の先端
部に配置することにより基本振動の共振抵抗を増
大させることなく、第２次振動を極めて低く抑え
た振動子を実現することが出来る。
また、従来、主電極３に続いて第１図、第２図
に示すように振動アーム２の先端部に、電極の連
絡用として極性の異る電極５が配置されることが
行なわれているが、この場合には、通常振動アー
ム２の１つの側面についてのみ極性の異る副電極
４が設けられることになり上記の効果は期待でき
ない。したがつて、少くとも２つ以上の面におい
て、駆動用主電極３と極性の異る副電極４を配置
することが必要である。前掲の第３図は３つの側
面に極性の異る副電極４を設けた例であり、ま
た、第８図に４つの全ての側面に副電極４を設け
た例を示す。
に示すように振動アーム２の先端部に、電極の連
絡用として極性の異る電極５が配置されることが
行なわれているが、この場合には、通常振動アー
ム２の１つの側面についてのみ極性の異る副電極
４が設けられることになり上記の効果は期待でき
ない。したがつて、少くとも２つ以上の面におい
て、駆動用主電極３と極性の異る副電極４を配置
することが必要である。前掲の第３図は３つの側
面に極性の異る副電極４を設けた例であり、ま
た、第８図に４つの全ての側面に副電極４を設け
た例を示す。
以上のように本発明は、振動アームの先端部に
おいて、隣接する側面に設ける２次振動抑制用電
極の極性が異なるように構成するため、基本振動
の共振低抗を増大させることなく、第２次振動を
極めて低く抑えた振動子とすることができ、信頼
性の高い安定したものが提供でき、工業的価値の
大なるものである。
おいて、隣接する側面に設ける２次振動抑制用電
極の極性が異なるように構成するため、基本振動
の共振低抗を増大させることなく、第２次振動を
極めて低く抑えた振動子とすることができ、信頼
性の高い安定したものが提供でき、工業的価値の
大なるものである。
第１図、第２図は従来の音叉型の単結晶振動子
を示す斜視図、第３図は本発明の単結晶振動子の
一実施例を示す斜視図、第４図Ａは同振動子外形
図、第４図Ｂは同基本振動モードにおける外側面
応力分布図、第４図Ｃは同二次振動モードにおけ
る外側面応力分布図、第４図Ｄは同片持梁におけ
る二次振動モードの応力分布図、第５図Ａは従来
の振動子の外側面の電荷相殺の説明図、第５図Ｂ
は同従来の外側面電極配置図、第６図Ａは従来の
内側面の電荷相殺の説明図、第６図Ｂは同内側面
電極配置図、第７図Ａは本発明の振動子の外側面
の電荷相殺の説明図、第７図Ｂは同外側面電極の
配置図、第８図は本発明の他の実施例を示す単結
晶振動子の斜視図である。 １……振動子基底部、２……振動アーム、３…
…駆動用電極、４……第２次振動抑制用電極。
を示す斜視図、第３図は本発明の単結晶振動子の
一実施例を示す斜視図、第４図Ａは同振動子外形
図、第４図Ｂは同基本振動モードにおける外側面
応力分布図、第４図Ｃは同二次振動モードにおけ
る外側面応力分布図、第４図Ｄは同片持梁におけ
る二次振動モードの応力分布図、第５図Ａは従来
の振動子の外側面の電荷相殺の説明図、第５図Ｂ
は同従来の外側面電極配置図、第６図Ａは従来の
内側面の電荷相殺の説明図、第６図Ｂは同内側面
電極配置図、第７図Ａは本発明の振動子の外側面
の電荷相殺の説明図、第７図Ｂは同外側面電極の
配置図、第８図は本発明の他の実施例を示す単結
晶振動子の斜視図である。 １……振動子基底部、２……振動アーム、３…
…駆動用電極、４……第２次振動抑制用電極。
Claims (1)
- １ 基底部から振動アーム部にかけて任意のパタ
ーンで形成された駆動用主電極を有する音叉型圧
電振動子において、各々の振動アームの先端部の
４つの側面のうち、隣接する少なくとも２面にお
いて、その同一面上の駆動用主電極と、極性の異
なる第２次振動抑制用電極を形成したことを特徴
とする単結晶振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP298578A JPS5495192A (en) | 1978-01-13 | 1978-01-13 | Single crystal vibrator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP298578A JPS5495192A (en) | 1978-01-13 | 1978-01-13 | Single crystal vibrator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5495192A JPS5495192A (en) | 1979-07-27 |
| JPS6246090B2 true JPS6246090B2 (ja) | 1987-09-30 |
Family
ID=11544652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP298578A Granted JPS5495192A (en) | 1978-01-13 | 1978-01-13 | Single crystal vibrator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5495192A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS577614A (en) * | 1980-06-17 | 1982-01-14 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | Tuning-fork quartz oscillator |
| JPS577613A (en) * | 1980-06-17 | 1982-01-14 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | Tuning-fork type quartz oscillator |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5221791A (en) * | 1975-08-11 | 1977-02-18 | Seiko Instr & Electronics Ltd | Piezo-electric vibrator |
| JPS5850049B2 (ja) * | 1976-03-11 | 1983-11-08 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 音叉型圧電振動子 |
-
1978
- 1978-01-13 JP JP298578A patent/JPS5495192A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5495192A (en) | 1979-07-27 |
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