JPS5950128B2 - Support structure of vertical vibrator - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は長辺縦振動モードで振動する水晶振動子の支持
構造に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a support structure for a crystal resonator that vibrates in a long side longitudinal vibration mode.

本発明の目的は高いＱ値の振動子を得ることである。An object of the present invention is to obtain a vibrator with a high Q value.

第１図は従来の縦振動子の支持構造の一例の概観図であ
り、矩形平板状の縦振動子１は厚さ方向において２本の
支持線２，２′をとりつけて支持するとともに電極リー
ドとしても用いている。FIG. 1 is an overview diagram of an example of a conventional vertical vibrator support structure, in which a rectangular flat plate-shaped vertical vibrator 1 is supported by two support wires 2, 2' attached in the thickness direction, and electrode leads. It is also used as

このような支持方法では比較的良好なＱ値が得られるが
、反面、大きな収納容器が必要であり、さらに後で述べ
る工作上の難点をももっている。Although this type of support method provides a relatively good Q value, it requires a large storage container and has the disadvantages of manufacturing, which will be described later.

第２図は、ケースを薄くするため支持線を幅方向にとり
出そうとするものである。FIG. 2 shows an attempt to take out the support line in the width direction in order to make the case thinner.

３は振動子、４．４′は吊り線である。3 is a vibrator, and 4.4' is a hanging wire.

この場合、薄いケースに入れることはできるが、以下に
示す理由によって低いＱ値しか得られない。In this case, although it can be placed in a thin case, only a low Q value can be obtained for the reasons described below.

第３図は矩形平板状振動子の振動モードを説明するため
の図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the vibration mode of a rectangular flat plate vibrator.

この図には発振状態の振動子の、位相が１８０°ずれた
２つの状態を実線と破線で重ねて描いである。In this figure, two states of the vibrator in the oscillation state, the phases of which are shifted by 180 degrees, are shown superimposed by a solid line and a broken line.

図より明らかなように長辺縦振動子は長手方向の主振動
のほかに幅方向の振動も付随して発生する。As is clear from the figure, in addition to the main vibration in the longitudinal direction, the long-side longitudinal vibrator also generates vibration in the width direction.

（この詳しい説明については弾性学の教科書にゆする
。(For a detailed explanation, refer to an elasticity textbook.

）このため、第２図のように幅方向の支持を行なう場合
、たとえ長手方向の中心位置にとりつけたとしても支持
線には振動が伝わり、エネネルギーが失なわれ、Ｑの低
下を生ずる。) Therefore, when supporting in the width direction as shown in FIG. 2, even if the support wire is installed at the center in the longitudinal direction, vibrations are transmitted to the support wire, energy is lost, and Q is lowered.

この振動子のように幅に比べて厚みが薄い場合には厚さ
方向の振幅は小さいので、第１図のような支持において
はこのような不都合は実用上の問題とはならない。When the thickness of the vibrator is thinner than the width, the amplitude in the thickness direction is small, so when supporting as shown in FIG. 1, such a disadvantage does not pose a practical problem.

第４図は本発明に関する縦振動子であり、振動部５と支
持腕６，６′は圧電結晶板から一体的に形成されている
。FIG. 4 shows a vertical vibrator according to the present invention, in which the vibrating section 5 and supporting arms 6, 6' are integrally formed from a piezoelectric crystal plate.

このような形状は多少複雑ではあるが、フォトエツチン
グ製法により化学的に作るなら何ら製造上の欠点とはな
らない。Although such a shape is somewhat complicated, it does not present any manufacturing drawbacks if it is chemically produced using a photoetching method.

なお本振動子はフォトエツチング加工により作るのが最
適ではあるが、機械加工により作ることも可能である。Although it is best to make this vibrator by photo-etching, it is also possible to make it by machining.

第１図や第２図にみた振動子においては、支持線をちょ
うど中心位置に正確にとりつける必要があった。In the vibrators shown in FIGS. 1 and 2, it was necessary to attach the support wire precisely to the center position.

これは大量生産するには適さずまた吊り線を固定するた
めの接着剤（あるいはハンダ）の量のコントロールもむ
ずかしいという欠点を有しており、あまり用いられては
いない。This method is not suitable for mass production, and has the disadvantage that it is difficult to control the amount of adhesive (or solder) used to fix the hanging wire, so it is not widely used.

これに対して第４図にみる方法に従えば、主振動部５に
対する支持腕６，６′の続装は、フォトエッチング加工
によるならば写真マスクにより正確に位置決めできるの
で、均一なものを多量につくるのも容易である。On the other hand, if the method shown in FIG. 4 is followed, the support arms 6, 6' for the main vibrating section 5 can be attached to the main vibrating section 5 by photo-etching, since they can be accurately positioned using a photo mask, so uniform parts can be attached in large quantities. It is also easy to make.

しかしながらこのような支持方法は第２図に示したよう
な幅方向からの支持に属するものであり、第３図で説明
したような幅方向の振動のもれが生ずる。However, such a support method belongs to support from the width direction as shown in FIG. 2, and vibration leakage in the width direction as explained in FIG. 3 occurs.

このため、支持腕６，６′を直接剛体に固着して支持し
たのではきわめて低いＱ値しか得ることができない。For this reason, if the supporting arms 6, 6' are supported by being directly fixed to a rigid body, only an extremely low Q value can be obtained.

本発明は、振動子の改良に加えて振動子を固定する台の
構造に工夫をほどこし優れた特性を得ようというもので
ある。In addition to improving the vibrator, the present invention aims to obtain excellent characteristics by devising the structure of the table on which the vibrator is fixed.

第５図に示すのは第４図に示した振動子５を高いＱを保
ちながら支持する一方法を示している。FIG. 5 shows one method of supporting the vibrator 5 shown in FIG. 4 while maintaining a high Q.

図において７，７′は金属製の支持部材であり、一端は
振動子の腕部６，６′につながり、他端は基板１３に固
着されている。In the figure, reference numerals 7 and 7' denote metal support members, one end of which is connected to the arms 6 and 6' of the vibrator, and the other end fixed to the substrate 13.

さてこのような構造においては、各々の支持部材７，７
′は基部８．８′においてのみ基板に固着されており、
振動子の固定されている方の端は自由に動くことができ
るようになっている。Now, in such a structure, each support member 7, 7
' is fixed to the substrate only at the base 8.8';
The fixed end of the vibrator is allowed to move freely.

したがって、もし支持部材７および７′の材質（ヤング
率）に応じて長さおよび幅を適切にとるならば各々の腕
は振動子の固有振動数と同じ振動数で振動することがで
きる。Therefore, if the length and width of the supporting members 7 and 7' are appropriately determined depending on the material (Young's modulus), each arm can vibrate at the same frequency as the natural frequency of the vibrator.

この部材の振動モードは第３図に示した幅方向の振動に
対しては屈曲モード、長さ方向の主振動の漏れに関して
は長さ縦振動で対処する。As for the vibration mode of this member, the vibration in the width direction shown in FIG. 3 is dealt with by the bending mode, and the leakage of the main vibration in the length direction is dealt with by the longitudinal vibration.

したがって、この構造ではたとえ振動子の腕部６，６′
が振動していたとしても、その振動は支持部材７，７′
に伝り、それは基部８．８′において反射して振動子に
もどり、全体としてのエネルギー損失は低くおさえられ
る。Therefore, in this structure, even if the arms 6, 6' of the vibrator
Even if the
It is reflected at the base 8.8' and returns to the vibrator, keeping the overall energy loss low.

したがって高いＱ値かえられる。Therefore, a high Q value can be obtained.

なお、振動子の支持部材を振動子の共振周波数で共振さ
せることにより高いＱ値を得る考えはすでに知られたこ
とであり、第１図に示すような支持構造において支持線
の長さを最適化する試みは文献にも報告されている。The idea of obtaining a high Q value by making the support member of the vibrator resonate at the resonant frequency of the vibrator is already known, and the length of the support wire is optimized in the support structure shown in Figure 1. There are also reports in the literature of attempts to

しかしいずれの場合においても支持線は電極リードを兼
ねていることなどから２本であり、相互の相対的位置を
出すことがむずかしい。However, in either case, there are two support wires because they also serve as electrode leads, and it is difficult to determine their relative positions.

また２本の支持体を振動子の一方向からとり出すにして
も、別々の２部材を用いたのではやはり相対位置が出に
くく、基板との固着も２回にわたるという難点がある。Furthermore, even if the two supports are taken out from one side of the vibrator, using two separate members still makes it difficult to determine their relative positions, and there are problems in that they are fixed to the substrate twice.

第６図は本発明の一実施例であり、振動子はＵ字形の台
１０に腕部において固着されている。FIG. 6 shows an embodiment of the present invention, in which a vibrator is fixed to a U-shaped base 10 at the arm portion.

１１と１１′を台の腕、１２を台の基部と呼ぶことにす
る。11 and 11' will be called the arms of the stand, and 12 will be called the base of the stand.

この台は基部１２において基板１３に固く固着されてい
る。The platform is firmly attached to a substrate 13 at the base 12.

基部にあるくぼみは振動子と台が接触しないようにする
ためのものである。The recess at the base is to prevent the vibrator from coming into contact with the stand.

この例でも各々の腕１１と１１′の長さ、幅は材質に合
せて振動子の共振周波数で屈曲あるいは長さ縦振動する
ことによりエネルギーのとじ込めができるよう選ばれる
ことが望ましい。In this example as well, it is desirable that the length and width of each arm 11 and 11' be selected in accordance with the material so that energy can be trapped by bending or vertically vibrating the length at the resonant frequency of the vibrator.

９．９′は電極接続のためのボンディング線である。9.9' is a bonding wire for electrode connection.

このように拳法は第５図の例に比較して台はＵ字形をし
ているために、基部において２つの腕は連絡している。In this way, compared to the example shown in Figure 5, in Kenpo the table is U-shaped, so the two arms are in contact at the base.

したがって台は一部材として扱えるので、２本の腕の相
対位置は一定でありさらに台の基板への固定も一回で゛
よい。Therefore, since the stand can be treated as a single member, the relative positions of the two arms are constant, and the stand only needs to be fixed to the substrate once.

このためきわめて量産に適している。Therefore, it is extremely suitable for mass production.

なお第６図に示した台および振動子の形状はごく一例に
すぎず、振動子の腕部の形状に工夫を加えること、およ
び振動部についても中太りあるいは中細り等の変更を加
えてもかまわない。Note that the shapes of the table and vibrator shown in Fig. 6 are just examples, and the shape of the arms of the vibrator may be modified, and the vibrating part may also be changed by making it thicker or thinner. I don't mind.

また台も、振動できる腕部と固定された共通部分（基部
）をもつ範囲内でさまざまな改変が可能である。The platform can also be modified in various ways as long as it has vibrating arms and a fixed common part (base).

たとえば第６図の例において、振動子５と台１０は平行
になっているが、垂直にして、振動子の腕６，６′を台
１２の先端の端面に固定する構造も考えられる。For example, in the example shown in FIG. 6, the vibrator 5 and the table 10 are parallel to each other, but a structure in which the arms 6, 6' of the vibrator are fixed to the end surface of the tip of the table 12 is also conceivable, with the vibrator 5 and the table 10 being parallel to each other.

第７図は本発明の一応用例である。FIG. 7 is an example of an application of the present invention.

フォトエツチングで作られた薄い振動子２１は金属製の
Ｕ字型台２０に固定され、台２０はさらにセラミック製
のケース２３に台の基部２２において接着（ろう付け）
されている。A thin vibrator 21 made by photo-etching is fixed to a metal U-shaped stand 20, and the stand 20 is further bonded (brazed) to a ceramic case 23 at the base 22 of the stand.
has been done.

２４はＩＣチップであり、発振回路、分周回路などを内
蔵している。Reference numeral 24 is an IC chip, which includes an oscillation circuit, a frequency dividing circuit, and the like.

２５はボンディングリードであり、ＩＣとリード端子２
６および振動子の電極端子間の電気的接続をとっている
。25 is a bonding lead, which connects the IC and lead terminal 2.
6 and the electrode terminals of the vibrator.

このパッケージは上からふたをされ、時間標準信号を得
るための装置として機能する。This package is capped from above and serves as a device for obtaining a time standard signal.

以上において振動子の材料としては水晶が最もすぐれて
いるが、この他の圧電材料たとえばタンタル酸リチウム
などで作ることも可能である。Although quartz is the best material for the vibrator in the above, it is also possible to use other piezoelectric materials such as lithium tantalate.

本発明の要旨をまとめるならば、縦振動子の支持腕の振
動を積極的に支持台に伝播させ、しかも台を可動構造に
することにより実質的な振動エネルギーの散逸を防ぐこ
とにより安定して高いＱ値をもった振動子を得ることで
ある。To summarize the gist of the present invention, the vibration of the support arm of the vertical vibrator is actively propagated to the support base, and the base is made into a movable structure to prevent substantial dissipation of vibration energy, thereby stabilizing the vibration. The objective is to obtain a vibrator with a high Q value.

本発明によれば縦振動子が小さなケースに収容でき、し
がも大量生産にもすぐれているので、広い応用が考えら
れる。According to the present invention, the longitudinal vibrator can be housed in a small case, and it is also suitable for mass production, so it can be widely applied.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図、第２図は縦振動子の従来の支持例を示す図であ
る。 第３図は縦振動子の振動モードを示す図である。 第４図は本発明に関する振動子であり、５が振動部、６
，６′は支持腕である。 第５図は従来の例であり、７，７′は支持部材である。 第６図は本発明の実施例であり、５は振動子、６．６′
は支持腕、１０は支持台、１１．１１’は腕、１２は基
部である。 第７図は本発明の一応用例であり、２１が振動子、２０
が支持台である。FIGS. 1 and 2 are diagrams showing conventional examples of supporting a longitudinal vibrator. FIG. 3 is a diagram showing the vibration mode of the longitudinal vibrator. FIG. 4 shows a vibrator related to the present invention, in which 5 is a vibrating part, and 6 is a vibrating part.
, 6' are supporting arms. FIG. 5 shows a conventional example, and 7 and 7' are supporting members. FIG. 6 shows an embodiment of the present invention, where 5 is a vibrator and 6.6'
10 is a support arm, 10 is a support stand, 11.11' is an arm, and 12 is a base. FIG. 7 shows an example of application of the present invention, in which 21 is a vibrator, 20
is the support base.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １ 主振動部が実質的に短形平板状である縦振動子にお
いて、該振動子は該振動子と一体的に形成された支持腕
においてほぼＵ字形をした台の両先端に固定されるとと
もに、前記台は前記支持腕において、前記振動子の振動
を吸収するように振動するとともに、台の基部において
該振動子を収納するケースに固定されることを特徴とす
る縦振動子の支持方法。 ２ 縦振動子は水晶で作られていることを特徴とする特
許請求範囲第１項記載の縦振動子の支持方法。 ３ 縦振動子はフォトエツチングで作られることを特徴
とする特許請求範囲第１項記載の縦振動子の支持方法。 ′[Scope of Claims] 1. In a vertical vibrator in which the main vibrating part is substantially in the shape of a rectangular flat plate, the vibrator has support arms integrally formed with the vibrator that are mounted on both sides of a substantially U-shaped base. The vertical vibrator is fixed at the tip, the table vibrates on the support arm so as to absorb the vibration of the vibrator, and is fixed at the base of the table to a case that houses the vibrator. How to support the vibrator. 2. The method for supporting a longitudinal oscillator according to claim 1, wherein the longitudinal oscillator is made of crystal. 3. The method for supporting a vertical vibrator according to claim 1, wherein the vertical vibrator is made by photo-etching. ′