JPS6157827A - ニオブ酸リチウム振動子 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は真空度を測定するために真空センサーとして使
用する真空センサーニオブ酸リチウム振動子に関する。

特に、屈曲モードのニオブ酸リチウム撮ｉ１＋子に関す
る。

〔従来の技術〕

真空計は古くから色々な装置に使用されてきた。

その中で、特に、ビラニー真空計が多用されてきた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、−屡近は装置の小型化、軽量化に伴ない
、真空計の小型化、縣童化も同時に要求されている。前
記したビラニー真空計はサイズが大きく、重いため最近
の要望に充分に応えられないのが実状である。そこで、
不発明は前記の欠点を改善する真空計用の新センサーを
提案するものであり、特に、ニオブ酸リチウムを使った
真空センサーニオブ酸リチウム振動子を提供するもので
ある。侯言するならば、小型で、衝撃に強く、信頼性ニ
優れた真空センサーニオブ酸リチウム振動子を提供する
ものである。

〔問題点を解決するための手段〕

＠１図は不発明の屈曲モード振動での真空度とニオブ酸
リチウム振動子のＣ１工値（ａｒｙｓｔａ１工ｍ、ｐｅ
ｄａｎｃｅ　）との関係を示し、横軸に真空度（Ｔｏ−
ｒｒ）を縦軸にＣ９工値（ＫΩ）をとっている。実験に
よると真空度の劣化に伴って０．■値は上昇を絖ける。

そして、真空度０．１　Ｔｏｒｒ−ＩＴｏｒｒ　　と変
化するとそれに伴ってＯ，１値の上昇をまねく、即ち、
本発明Ｆｉｃ＊工値の真空度依存性に注目し、この関係
から真空度を測定するものである。実際には、振動子の
Ｃ９■値が変化することはニオブ酸リチウム撮動子に流
れる電流が変化する事と等価であり、実際の真空計とし
ては流れる電流を真空度に変換して表示する。又、本発
明の振動子は衝撃に対して強くするために、片持ちタイ
プと異なって、両端固定タイプを採用している。更に、
具体的に説明するとニオブ酸リチウム振動子はセラミッ
クス等の材料でできている支持台座の上にセントされ、
そして、ニオブ酸リチウム撮動子の両端部で接着剤等に
よって支持固定される。それ故、本発明のニオブ酸リチ
ウム撮動子は外乱、特に、強い衝撃力に対して強いとい
う特長を有する。

しかしながら、ニオブ酸リチウム撮動子の線膨゛“　　
　　　張係数と支持台座の線膨張係数が異なるために、
温度の変化によってニオブ酸リチウム振動子に応力Ｆが
働き、このために、ニオブ酸リチウム撮動子の周波数、
即ち、Ｏｍ　１値が変化し、真空測定精度を低下させる
原因となる。そこで、不発明は応力Ｆがニオブ酸リチウ
ム振動子に印加されてもその応力感度を小さくする事に
よって解決している。換言するならば、振動子の切断角
度の選択によって解決を図るものである。第３図は本発
明の振動子を理論解析するときのモデルである。振動子
の形状は棒状で幅Ｗ２長さｔ、厚みｔ９密度ρから成り
、両端部は固定されている。そして、今、ニオブ酸リチ
ウム振動子と支持台座が常温（２０℃）で固着されてい
るとすると、ニオブ酸リチウム振動子の線膨張係数α１
゜支持台座の線膨張係数α２゜更に、温度ｔとすると次
の関係が成り立つ。即ち、引張り力と圧縮力は （１）の様に々る。今、簡単のために第３図に示すよう
にニオブ酸リチウム振動子の両端に引張シカＦが働く時
を考えると（圧縮力は−Ｆと置き換え九ば良い）振動方
程式はポテンシャルエネルギーと運動エネルギーを求め
、変分原理を適用すると１試下の様に表現される。

但し、Ｅ：棒のヤング率　Ｆは引張シカのとき正、Ａ：
棒の断面積　　圧縮力のとき−Ｆとな工：棒の慣性モー
　る。

メント （２）式は近似的に解くことができ、周波数ｆについて
解くと次のようになる。

但し、ξは補正項である。又、αｎは振動子の境界条件
によって決まる定数で、両端固定の場合はＱＯ８αｎ、
　０ｏｓｈαｎ＝１の根である。

又、力Ｆが印加されていないときの共振周波数をｆｏ　
　とすると（３）式は次のようになる。

今、両端固定棒の基本波活動を考えると、ξは計算によ
シ、−０，５５０５７となり、又、αｎ＝４．７５０　
　となるから（４）式は次のようになる。

（５）式は力Ｆを加えたときの周波数を示し、とおくと
、（６）式は力Ｆに対する感度を示している。

即ち、Ｋが小さいほど単位力当如の周波数変化が小さく
なる。次に、このＫの値を詳細に検討すると、感度を小
さくするには（６）式より、振動子の長さを短かくし、
慣性モーメントを大きくし、更に、ヤング率を大きく（
弾性コンプライアンスを小さく）すれば良い事が分かる
。換言するならば、ｔと工はＳ動子の形状によって訣ま
るものである。

一方、ヤング率Ｅは振動子の切断方位によって決まるも
のである。本発明は最小力感度を与えるカット角を理論
的に計算で求めている。即ち、カント角をパラメーター
として、そのときの弾性コンプライアンスｅ（、（ヤン
グ率Ｅの逆数）を求めている。第４図は弾性コンプライ
アンスＳイ２を計算にて求めるときの振動子と結晶軸Ｘ
、Ｙ、Ｚとの関係を示す。棒はＹ軸方向に長さｔをとっ
ている。このとき、Ｘ軸を回転軸としてθ度回転すると
考える（反時計方向を正）。計算の千１ｊｉｊとして、
捷ず最初に、長さ方向の弾性コンプライアンスＳ≦２は
θの関数となり次のように表わされる。

（ＥＪｆｒ、ｚ＝’Ａ　） ８４ｚ＝Ｓｎｍｌ＋２５１５ｍ翫ｎＫ　２８１４ｍ１ｎ
４＋Ｆ３３ｓ　ｎｌ＋　８４４　ｍｉ　ｎ！　　　（７
）但し、ｍ２＝１００θ　Ｂ１１１Ｓ１３＋　Ｓ１４＋
　”３３＋　８４４は各ｎ２−ａｈａθ　　々ニオブ酸
リチウムの弾性Ｖ　　　　　　　　　　　　　　　コン
プライアンス定数第５図は角度θと弾性コンプライアン
ス８４２　との関係を示す。第５図よシ角度θが零度よ
シ大きくなるに従ってＳ≦２は大きくなぜ、約４０度で
最大となる。そして角度θが増えるに従ってＳ≦２は減
少し、θが９０°付近で最小値を示す。さらに、θの増
力日に伴って８２２は増加する。それ故、θを７５度〜
１０５度の範囲内から静択することによって振動子形状
とは無関係に最小力感度を提供することができる。

〔作用〕

上記のように構成されたニオブ酸リチウム振動子、侠言
するならば、振動子を支持台座にセントし、振動子の両
端部で接着剤等によって固定された振動子に温度変化に
よって生じる撮動子への引張り力、あるいけ、圧縮力は
本発明の振動子の切断角度の選択によって最小限に押え
ることができるのである。

〔実施例〕

以下に不発明の実施例を図面にもとづいて説明する。第
２図（ａ）　、　（ｂ）は本発明の屈曲モードニオブ酸
リチウム振動子の一実施例で第２図（ａ）は正面図、第
２図（１））は側面図を示す。不発明の切断角度θ（７
５度〜１０５度）で切断されたニオブ酸リチウム振動子
１は両端で接続された、即ち、両端固定の屈曲モードニ
オブ酸リチウム振動子で、支持台座２の上にニオブ酸リ
チウム振動子の両端部３で接着剤４等によって支持固定
されている。支持台座２はセラミックス等の絶縁材料で
できている。

これによシ、片持ちタイプと異なって外乱、特に、強い
衝撃力に対して強いという特長を有する。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明は両端固定部に力Ｆを加えた
ときの振動方程式よシ、振動子形状とは無関係に最小力
感度を与えるカント角を得ることカテ＠＊。それ故、ニ
オブ酸リチウム振動子を支持台座にマウントしても信頼
性に優れたニオブ酸リチウム振動子を得ることができた
。さらに、支持台座にマウントてれているから衝撃に強
く、ニオブ酸リチウム振動子をセンサーとしているから
大変に小型化が可能である。同時に、材料にニオブ酸リ
チウムを使用しているので振動子としての電気機械結合
係数が水晶よシ大きく、水晶のときよりＣＩＩ値（Ｃｒ
ｙｓｔａｌ工ｍｐｅｄａｎｃｅ　）を小さくすることが
できるという効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の屈曲モード振動での真空度とニオブリ
チウム振動子のＣ１■値との関係を示すグラフ、 第２図（ａ）、（ｂ）は本発明の屈曲モードニオブｗ　
ＩＪチウノ・撮動子の一実施例で、第２図（ａ）は正面
図、第２図（ｂ）は側面図を示す。 第３図は本発明の撮動解析をするときのモデル図である
。 第４図＋ｄ　４８動子と結晶軸との関係を示す斜視図、
第５図は角度θと弾性コンプライアンスＳ≦２との関係
を示すグラフである。 １・・・ニオブ［ＩＪチウム撮動子 ′　２・・・支持台座　　　　　６・・・振動子の両端
部Ｗ・・・幅　　　　　　　　ｔ・・・厚みｔ・・・長
袋 ％式％ 第１図 敦督度（而ｒｒ） 第２図（ｂ） 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 屈曲モードニオブ酸リチウム振動子において、前記ニオ
   ブ酸リチウム振動子はＺ板をＸ軸を回転軸として７５度
   〜１０５度回転した角度で切断されていることを特徴と
   する真空センサーニオブ酸リチウム振動子。