JPS6342742Y2

JPS6342742Y2 -

Info

Publication number: JPS6342742Y2
Application number: JP1980113566U
Authority: JP
Priority date: 1980-08-11
Filing date: 1980-08-11
Publication date: 1988-11-09
Also published as: JPS5736022U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、特定な周波数で共振する共振子や、
周波数選択性を有するフイルター、力、圧力、密
度、粘度等の各種物理量の検出素子として利用可
能な機械振動子に関するものである。

本考案の目的は、構造簡単にして、品質、性能
が均一でかつ、価格も安価な機械振動子を提供し
ようとするものである。

第１図は本考案にかかわる機械振動子の一例を
示す構成斜視図である。図において、１はフレー
ム，２は可動部で、フレーム１に細くなつた３個
のバネ部３１，３２，３３を介して支持されてい
る。これらのフレーム１，可動部２およびバネ部
３１，３２，３３は、ひとつの絶縁基板によつて
構成されており、また、これらの形状は、後述す
るように例えばホトリソグラフイ（写真食刻）の
技術とエツチングの技術とを利用して形成され
る。ここで絶縁基板としては、例えば厚さが
5x10^-5ｍ程度の水晶基板が使用可能である。４は
コイルパターンで、可動部２、バネ部３２，３３
およびフレーム１にまたがつて形成されており、
これもホトリソグラフイの技術とエツチングの技
術を用いて形成されている。５１，５２はフレー
ム１に形成されたコイル４のリード線、５０はコ
イルパターン４上を飛び越えるように一方のリー
ド線５１に接続されたジヤンパ線である。

このように構成した機械振動子を図示する矢印
Ｂ方向（絶縁基板の平面方向と同一方向）の磁界
中に配置するとともに、コイルパターン４にリー
ド線５１，５２を介して電流を流すと、可動部２
にねじりトルクを働かせることができることか
ら、振動子の固有振動数で決まる周波数で発振さ
せることが出来る。この場合、機械振動子の可動
部２の固有振動数foは次式で表わすことができ
る。

ただしＪ：回転慣性モーメント ΔJ：周囲の気体（液体）の密度に比例し
て決まる量（真空の時零）このように、可動部２を気体あるいは液体中で
振動させると、この可動部２は周囲の気体あるい
は液体を一緒に動かすために、可動部２の回転慣
性モーメントＪの等価的な値が変化し、この結
果、可動部２の固有振動数ｆが変化することとな
る。ここで、回転慣性モーメントＪの等価的な値
の変化は、可動部２の周囲の流体（気体、液体）
の密度あるいは粘度に比例していることから、固
有振動数ｆの変化は気体、液体の密度あるいは粘
度に対応したものとなる。従つて、可動部２の固
有振動数ｆを測定することによつて可動部２の周
囲の気体、液体の密度あるいは粘度を知ることが
できる。

第２図は本考案にかかわる機械振動子の他の例
を示す構成斜視図である。この実施例では、可動
部２を左右対称な合計４個のバネ部３１〜３４に
よつて、フレーム１に支持させるようにしたもの
で、コイルパターン４は、各バネ部３１〜３４、
可動部２およびフレーム１を通過し、これらにま
たがつて形成されている。

このようにコイルパターンを、バネ部，可動部
およびフレームにまたがつて形成すると、コイル
４のリード線５１，５２はフレーム１上に形成さ
れているコイル４から取り出すことができるの
で、その取り出しは容易であり、また可動部２の
動きがリード線５１，５２に伝わらず、可動部２
の固有振動数に正確に対応する周波数信号をリー
ド線５１，５２から得ることができる。なお、こ
れらの実施例においてコイルパターンは絶縁基板
の両面に形成するようにしてもよい。

第３図は、これらの機械振動子を含んで密度計
を構成する場合の構成ブロツク図である。MVは
機械振動子を総括的に示したものであつて、この
機械振動子MVの等価回路は第４図に示すよう
に、インダクタンスとコンデンサと抵抗の直列共
振回路で示すことができる。OSは発振回路で、
機械振動子MVを含んで、例えば自励振回路を構
成しており、この発振回路OSからの発振周波数
は、機械振動子周囲の気体又は液体の密度ある
いは粘度に対応している。CPはマイクロプロセ
ツサで構成される演算回路で、発振回路OSから
の発振周波数を入力しており、密度あるいは粘
度に関連する信号を演算によつて得ている。

第５図及び第６図は、本考案にかかわる機械振
動子の他の構成例である。

第５図実施例は、フレーム１に２個の可動部２
Ａ，２Ｂをそれぞれバネ部３１〜３３によつて支
持させるように構成したものである。ここで、２
個の可動部２Ａ，２Ｂの形状は、図示するように
同一形状でもよく、また異なつた形状でもよい。
このような構成において、可動部２Ａの固有振動
数をfA，可動部２Ｂの固有振動数をfBとし、
fA，fBの差又は比を演算することによつて、機
械振動子自身の温度特性等に起因する誤差を軽減
させることができる。

第６図の実施例は、フレーム１に４個のバネ部
３１〜３４によつて支持される可動部を設けると
ともに、この可動部２に各バネ部３１，３３側と
３２，３４側とに分けられる２個のコイル４Ａ，
４Ｂを形成させ、４端子構成としたものである。
ここで、各コイル４Ａ，４Ｂは、いずれも可動
部，バネ部，フレーム部にまたがつて形成されて
いる。

第７図は第６図機械振動子の等価回路であつ
て、２個のコイル４Ａ，４Ｂは機械振動子の共振
回路を介して結合しており、この共振回路の共振
周波数（機械振動子の固有振動数に対応）で選択
特性をもつメカニカルフイルタとしての役目をさ
せることができる。また、複数個の固有振動数の
異なる振動子の組合せを行なえば、より帯域の広
いフイルタとすることも可能である。

第８図は本考案にかかわる機械振動子を製作す
る製造方法の一例を示す簡略工程図である。ここ
では絶縁基板として、異方性エツチングのできる
水晶板、Si基板、ガラス等が用いられる。この例
では水晶のＺ板を使用する場合を示しており、ａ
は、この水晶基板１０の光学軸Ｚ、機械軸Ｙ、電
気軸Ｘの方向をそれぞれ示している。１１はこの
水晶基板１０上に被着させた第１マスク物質層、
例えばCr層、あるいはNi層、１２はこの第１マ
スク層１２上に被着させた第２マスク物質層、例
えばAu層である。

先ずはじめに、ｂに示すように、水晶基板１０
の両面にそれぞれ第１マスク物質層１１、第２マ
スク物質層１２を順次被着し、さらにその上にレ
ジスト層１３を被着する。ここで、第１のマスク
物質層１１、第２マスク物質層１２は、それぞれ
スパツタあるいは蒸着等によつて被着することが
できる。またレジスト層１３は塗布すればよい。

次にｃに示すように水晶基板１０上に形成すべ
きコイルパターンおよび、フレーム１、可動部
２、バネ部３１，３２、貫通孔２１等の形状をホ
トリングラフイー（写真食刻）の技術により作成
する。ここで、水晶基板１０を切り離すか、つな
がつた状態として残すかは、各パターンとパター
ンの間隔l₁，l₂によつて適宜選択しておくものと
する。

続いて、このような水晶基板１０を水晶加工
剤、例えばフツ素酸水溶液に入れ、エツチングす
ると、ｄに示すように水晶基板１０が、選択的に
除去され所定の形状をもつた水晶振動子を完成す
ることができる。

ここで、ｄに示すように、エツチングされる理
由は次の通りである。すなわち、水晶基板１０に
おいて、そのＺ軸方向からのエツチング速度が、
ｄに示す結晶面Ａ，Ｂのエツチング速度より数十
倍以上速いためで、この場合図示する角度θAが
30゜、θBが80゜となつて横方向のエツチングがそれ
以上進まなくなるからである。このことから、水
晶基板１０を切り離す場合、パターンとパターン
との間隔l₁を l₁＞ｔ／２・｛tan（90−θA）＋tan（90−θB）｝ただし、ｔ：水晶基板１０の厚さに、また、水晶基板１０をつながつた状態として
残す場合、パターンとパターンとの間隔l₂を、 l₁＜ｔ／２・｛tan（90−θA）＋tan（90−θB）｝にそれぞれ選定すればよい。

なお、ここでは両方の面からエツチングする場
合を示しているが、片方の面からエツチングする
こともでき、この場合、l₁，l₂は前記した２倍に
選定される。

このような製造工程によるものは、コイルパタ
ーンの形成とフレームや可動部の形状の形成を少
ない工程でしかも多数同時に実現することができ
る利点がある。さらに振動子の形状を作るパター
ンとコイルを作るパターンを別々に分けて行なつ
ても同一の加工が出来る。

以上に説明したように、本考案によれば、ひと
つの絶縁基板からフレーム、可動部等を形成する
もので、高性能で品質の揃つた素子を一度に多数
生産することが可能で、価格の安価な機械振動子
が実現できる。また、コイルに接続されるリード
線の取り出しをフレーム上のコイルから行うこと
ができるので、可動部２の動きがリード線に伝わ
らず、精度の良好な機械振動子が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本考案の一実施例を示
す構成斜視図、第３図は密度計を構成する場合の
構成ブロツク図、第４図は機械振動子の等価回
路、第５図、第６図は本考案にかかわる機械振動
子の他の構成図、第７図は第６図機械振動子の等
価回路、第８図は本考案にかかわる機械振動子を
製作する製造方法の一例を示す簡略工程図であ
る。１……フレーム、２……可動部、３１〜３４…
…バネ部、４……コイルパターン、５１，５２…
…リード線。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】絶縁基板で構成される可動部上のコイルに電流
を流すと共に、前記絶縁基板の平面方向と同一方
向の磁界を与え、前記可動部を機械振動させる機
械振動子において、前記絶縁基板と同じ絶縁基板によつて構成され
たフレームと、前記絶縁基板と同じ絶縁基板によつて構成され
前記可動部を前記フレームに対して少なくとも３
か所において支持するバネ部とを設け、前記３つのバネ部の内の前記フレームの同一辺
に結合する２つのバネ部と可動部及びフレーム上
であつて、これらの２つのバネ部と可動部及びフ
レームによつて囲まれた貫通孔を巻くように前記
コイルを形成したことを特徴とする機械振動子。