JPS5838015A - 圧電振動子 - 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３本の振動技を有する圧電振動子（以下簡単に
Ｅ型振動子と称する。）の共振周波数温度特性の改良に
関するものである。

第１図は従来及び本発明に係るＥ型振動子の外形を示す
斜視図である。３本の振動技１．２．６の長さ寸法はほ
ぼ等しく、枝巾寸法については振動技１．６が互にほぼ
等しく振動技２の枝巾寸法は任意に選べる。

Ｅ型振動子は一般に各種の振動モードが、高次振動モー
ドを含めて無数に存在する。従来のＥ型振動子はこれら
の振動モードの中の１つを利用し、それ以外の他の振動
モードは不要なものと考え１、利用モードは出来るだけ
他のモードと結合しないようにすることが行われてきた
。そのため従来のＥ型振動子の共振周波数温度特性を良
くするには限界があった。

本発明の目的は共振周波数の温度特性が常温付近で比較
的７ジツト・になるＥ型振動子を提案することにある。

この目的を達成するための本発明の要旨は、Ｅ型振動子
に存在する面内屈曲振動モードとねじり振動モードが互
に結合するように構成することによって、一方の振動モ
ードの共振周波数温度特性が改良されるよ、うにしたこ
とである。

以下本発明の詳細な説明する。第２図（Ａ）（Ｂ）及び
第３図（Ａ）（Ｂ）は従来のＥ型振動子に存在する２種
類の振動モードの説明図である。

第２図（Ａ）は真中の振動技２が静止して、両側の振動
技１．６が互に逆相で振動する場合の面内屈曲振動モー
ドを示す。第２図（Ｂ）は真中の振動技２０両側の振動
技１．３とが逆相で振動する場合の面内屈曲振動モード
を示す。

第３図（Ａ）（Ｂ）は第１図のＹＹ断面よりみた場合の
ねじり振動モードを示す。第３図（Ａ）は真中の振動技
２が静止して、両側の振動技１．６が互に逆相で振動す
る場合のねじり振動モードを示す。第３図（Ｂ）は真中
の振動技２と両側の振動技１．６とが逆相で振動する場
合のねじり振動モードを示す。

矢印４は振動変位のおおよその方向と大きさを示し、点
−５は変位零の状態から（１／４　）周期後の振動変位
を示す。２種類の振動モードは簡単のため１次振動モー
ドだけを示し、高次振動モードは省略した。上記２種類
の振動モードの共振周波数は、振動技１の校長寸法をｌ
、枝巾寸法をｈ、板厚寸法をｔとして、第４図に示すよ
うな片持はりで近似すると次のように表わせる。

面内屈曲振動モードの場合 ここで　ｆＦ：面内屈曲振動の共振周波数Ｅ　：振動子
材料のヤング率 ρ　：振動子材料の密度 ｉ　：１．２．６・・・・・・・・・ ｍ１＝１．８７５ ｒｎ２　＝４．５９４ ｍ３＝７．８５５ ねじり振動モードの場合 ここで　ｆ７ｉねじり振動の共振周波数Ｇ　：振動子材
料の剛性率 、　　　ｈ Ａ　　、（ｒ）に依存する定数でｈ＞ｔのときは、はぼ
Ａ＝１．０とみな せる。

ｎ　：１．２．３・・・・・・・・・ （１１（２１式で示される共振周波数の公式は、それぞ
れの振動モードが単独に存在している場合、即ち振動モ
ードの結合力３ない場合のものである。しかし前記２つ
の振動モードが結合子る場合は一般にｆ。

とｆＴは非常に接近するようになる。従って面内屈曲振
動モー・ドとねじり振動モードが結合を起す条件は次式
で与えられる。

ｆＦ＝ｆＴ・・・・・・・・・（３） ＋ｌ）　ｆ２１　（３１式より次式が得られる。

（４）式は本発明のＥ型振動子の枝寸法が満足すべきお
およその関係式である。（４）式のＧ、Ｅは一般にＥ型
振動子のカット方位によって変る。

第５図は本発明実施例のカット方位を説明する図である
。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、それぞれ水晶の電気軸、機
械軸および光軸を示す。振動子１１は２カツトの状態か
らＸ軸のまわりで、反時計方向にθだけ回転されている
。

第６図は本発明の実施例及び従来例における共振周波数
温度特性の有限要素法による計算結果を示すグラフであ
る。曲線Ａは本発明の場合で第２図（Ａ）に示されてい
る面内屈曲１次振動（ｉ＝１）が、第３ＩＱ（Ａ）に示
されているねじり１次振動（ｎ　＝　１　）と結合して
いる。この場合Ｅ型振動子のカット方位はθ＝−１０’
　で、寸法比は上記θ、（Ｔ）及び（Ｔ）の値は（４）
式をほぼ満足している。

曲線Ｂは従来例の場合で、この時θ＝０°、寸法り 比は（）＝０．４２５、（１）＝６．２５で、これｔ らのθと寸法比の値は（４）式を満足していない。

即ち第２図（Ａ）に示されている面内屈曲１次振動（ｉ
＝１）は、第３図（Ａ）に示されているねじり１次振動
（ｎ＝１）と結合していない。

尚共振周波数は本発明の実施例、従来例共に約３００Ｋ
Ｈｚ”ｔ’ある。第６図から００ｃ〜４０℃間における
周波数偏差（”７”）は本発明実施例の方が、従来例よ
シもより小さくなっていることがわかる。第７図（Ａ）
は本発明実施例の電極配置を示す斜視図である。水晶か
らなる振動技１ａ、２ａ、６ａの表面には金属薄膜電極
６．７が蒸着等の手段によって固着されている。

振動技１ａ、２ａ、６ａの先端部には、周波数調整用の
付加質量として、金属膜８が固着されている。第７図（
Ｂ）は第７図（Ａ）で振動技１ａ、２ａ、３ａのＹＹ断
面よシ見たときの金属薄膜電極の接続を示す断面図であ
る。電気端子９．１０に振動子１１の共振周波数に等し
い周波数の電圧を印加すれば、振動技１ａ、３ａの内部
には矢印で示すような交番電界が発生し、振動子１１は
第２図（Ａ）に示す振動モードと第３図（Ａ）に示す振
動モードが混シあった形の振動モードで振動する。′ 第８図は本発明実施の支持構造を示す斜−視図であ。

る。振動子１１の電極端子９．１０は、円筒形の気密端
子１２のステム１６．１．４に導電接着剤１５で固着さ
れている。尚本発明実施例では、結合させる２つの振動
モードは、第２図（Ａ）と第３図（Ａ）であったが、第
２図（Ｂ）のモードと第３図（Ｂ）のモードでも同様の
効果がある。

又２つの振動モードの次数は、１次振動（ｉ＝ｊ、ｎ＝
１）に限定されるものではなく、高次振動を含めたいろ
いろの振動次数の組合せが可能である。

振動子１１のカット方位は前記実施例（θ＝−１００）
に限定されず、他のカット方位でもよい。前記実施例で
は、振動子１１の材料は水晶であったが、本発明は他の
圧電材料、例えばタンター〃酸リチウム、ニオブ酸リチ
ウム等においても有効である。

以上説明したように、本発明は■比較的低周波で共振周
波数温度特性が良くなること。■振動子のベース部（支
持一部）の振動変位が小さいので、支持が極めて容易で
あること。■ホトリソグラフィー技術によって作れるた
め量産性があること、など高精度、低消費電力の発振子
として大きなメリットを有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来及び本発明に係るＥ型振動子の形状を示す
斜視図である。 第２図（Ａ）（Ｂ）は従来のＥ型振動子に存在する面内
屈曲１次振動モードの説明図である。 第２図（Ａ）は振動技１．６が逆相で振動し、振動技２
が静止している場合である。第２図（Ｂ）は振動技１．
６が同相で振動し、振動技２は前記振動技、５１．６に
対して逆相で振動する場合である。 第３図（Ａ）（Ｂ）は従来のＥ型振動子に存在するねじ
り１次振動モードの説明図である。第３図（Ａ）は振動
技１．６が逆相で振動し、振動技２が静止している場合
である。第３図（Ｂ）は振動技１．６が同相で振動し、
振動技２は前記振動技、１．６に対して逆相で振動する
場合である。 第４図は片持はりを示す斜視図である。 第５図は本発明のカット方位の説明図である。 第６図は本発明実施例及び従来例の共振周波数温度特性
のグラフである。曲線Ａは本発明実施例の場合を示し、
曲線Ｂは従来例の場合を示す。 第７図（Ａ）は本発明実施例の金属薄膜電極の配置を示
す斜視図である。第７図（Ｂ）は金属薄膜電極の電気的
接続の説明図である。 第８図は本−明のＥ型振動子の支持構造を示す斜視図で
ある。 １、ン、６．１ａ、２ａ、６ａ・・・・・・振動技４・
・・・・・振動変位の方向と大きさ５・・・・・・振動
モード　６．７・・・・・・金属薄膜電極９．１０・・
・・・・電極端子 １１・・・・・・本発明実施例の振動子１２・・・・・
・気密端子　１６．１４・・・・・・ステム１５・・・
・・・導電接着剤 第１図 第３図 （Ｂ） 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 振動子の形状がＥ型に形成された圧電振動子において、
   面内屈曲振動モードとねじり振動モードが、互に結合す
   るように構成されていることを特徴とする圧電振動子。