JPS6021614A - 音叉型水晶振動子の支持構造 - 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〉 本発明は基部に凹部のある音叉型水晶振動子の支持構造
に関するものである。

〈従来技術〉 近年、捩れ振動をする音叉型水晶振動子が注目されてい
る。その理由は、同じ音叉型水晶振動子において屈曲振
動をさせた時の）６１波数よりも捩れ振動の周波数が高
く、又、厚みすべり振１１ｆｌを利用するＡＴ水晶等の
周波数よりも低い周波数が得られるためである。

又、屈曲振動と捩れ振動の弾性結合を利用して、年差数
秒等の高精度腕時計用水晶振動子を得ようとする試みも
なされている。

換れ振動単独であるにせよ、屈曲振動と捩れ振動の弾性
結合を利用する場合であるにせよ、音叉型水晶振動子が
捩れ振動を利用している限り、その基部における振動変
位は非常に大きい。音叉＋ｈｉ＋先端の振動子の厚み方
向変位が捩れ振動の最大変位であるが、その変位の大き
さを１とした時の基部端における振動変位は約１０″２
の値である。一方、屈曲振動の最大変位は音叉腕先端の
振動子の幅方向変位であるが、その値を１としだ時の基
部端における振動変位は約１１８〜１０−４の値である
。この事から、如何に音叉型水晶振動子における捩れ振
動の基部端における振動変位が大きいかが分る。

第１図、２Ｊ２図、第６図は音叉型水晶振動子の平面図
を表わしている。音叉型水晶振動子の基部とは、音叉型
水晶振動子の内、２本の音叉腕を除いた部分を―°う、
捩れ振動をする音叉型水晶振動子の基部において、最も
大きい変位成分は振動子の厚み方向変位である。第１図
、第２図、第３図に示す６つの形状の基部端である直＃
＋ｌＡＥ、ＣＤ。

ｌｉＦ上における捩れ振動の振動子厚み方向変位Ｕを第
４図に示す。この結果は有限袂素法のｈ舞により得られ
たものである。但し、第４図の結果は捩れ振動が捩れの
基本振動を行っている場合の特性を示している。捩れの
高次振動を利用する場合も、第４図の結果とＡｉ４　ｉ
４的には多少異なるが、定性的にはほぼ同等の結果が得
られる。第４図におハて、４１は直線ＡＢ上、４２は直
線ＣＤ上、４３け直線ＥＦ上における変位をそれぞれ示
している。第４図から明らかなように、第１図に示す形
状を持つ音叉型水晶振動子の場合、基部に凹部を設けな
いと、基部端の幅方向端部で、即ち点Ａと点Ｂ付近で振
動変位の大きいあおり振動を行う。

この基部端におけるあおり振動は、捩れ振動をする音叉
型水晶振動子にとって特有のものである。

ところが、第２図あるいは第３図の様に基部に凹部を設
けると、基部端における変位の絶対値は小さくなり、し
かもあおり振動も消失する。

音叉型水晶揚動子を基部において支持する場合、基部に
おける変位が大きいと、支持材を通して振動子の振動エ
ネルギーが漏れる振動モレの現象が生ずる。振動モレが
大きいと、安定な周波数温度特性や周波数エージング特
性が得られない欠点を持つ。この様に、捩れ振動を利用
する音叉型水晶振動子の基部に凹部を設け、その四部よ
りも基部端側で支持すると、振１１リモレの少ない、即
ち安定な周波数温度特性や周波数エージング特性が得ら
れる特徴を持っている。

ところで、第２図あるいは第３図に示す様な基部に四部
を設けた音叉型水晶振動子は、第１図に示す基部に凹部
のない形状に比較し、耐衝撃性に弱い性質を持っている
。即ち基部に凹部を設けた音叉型水晶振動子の耐衝撃特
性を強くするには、振動子以外の適切な条件を見つけな
ければならない。

〈発明の目的〉 本発明は、耐＠撃特性に弱い基部に凹部を設けた音叉型
水晶振動子の耐衝撃特性を改善し、落下による衝撃に振
動子が折れない支持構造を提供することを目的としたも
のである。

〈実施例〉 以下、本発明の詳細な説明する。

第５図は、音叉ノ（す水晶振動子が容器に封入された状
態を示す側面図である。５１は音叉型水晶振動子、５２
は電気的リードを兼ねた支持材、５６はプラグ、５４は
容器を表わしている。Ｄは容器の直径、ＬＣは容器の全
長である。現在の腕時計用水晶振動子の容器は、Ｄが１
．５〜２．０　＋＋＋ｍ、　ＴＪが５〜６間の大きさが
主流である。この容器に音叉型水晶振動子を封入する場
合、振動子の全長は４唄以下が望ましい。父、フォトリ
ソグラフィを利用して音叉型水晶振動子を作製する場合
、振動子の厚みが厚いと水晶をエツチングするのに非常
に時間がかかり、量産性に不向きである。このため振動
子の厚みは１００μｍ以］′：である事が望ましい。振
動子の厚みが薄く、シかも基部に凹部が設けられた音叉
型水晶振動子は、衝撃に対し非常に折れ易い欠点を持っ
ている。

基部に凹部が設けられた音叉型水晶撮動子が落下衝撃に
よシ折れる場合、その折れる箇所を第６図と第７図に示
す。第６図は基部端に、第７図は基部の中間の位置に凹
部が設けられた音叉型水晶振動子を示している。６１と
７１はせ父型水晶振動子、６２と７２は電気的リードを
兼ねた支持材破線６５，６４，６５，７５，７４．７５
は衝撃によシ折れる箇所をそれぞれ示している。６３と
７５はリードと水晶の接触箇所の内、最も音叉腕先端に
近い箇所から折れる事を示している。６４と７４は基部
に設けだ凹部から折れる事を示し−Ｃいる。６５と１５
は、音叉腕のつけ根であ為叉部から折れる事を示してい
る。腕のつけ根である叉部から折れる場合と基部におい
て折れる場合とでは、衝撃による折れの構格は異なる。

落下仙ｊ撃によシ振動子が折れる機構を、第８図と第９
図において考えてみる。第８図は基部端に四部が設けら
れている廿叉型水晶振動子が容器に封入されている状態
を示す側面図であシ、第９図はその平面図でりる。８１
，９１は音叉型水晶振動子、８２．９２は叉部、８３は
基部における四部の始′まりの位置、８４と９５は電気
的リードを基ねた支持材、８５と９４はプラグ、８６と
９５は容器を表わしている。振動子が最も折れ易い、即
ち、］辰励動に加わる衝撃力が最も大きい落下の方向は
、第８図においては矢印８７の方向に、第９図に二（、
−いてはへ面に垂直方向に落ちた場合である。落下して
衝撃を受けた瞬間、音叉腕先端はまず慣性から、矢印８
８の方向へたわむ。その時、リードの振動子との接触箇
所の内、音叉腕先端に最も近い箇所８９及び凹部の始ま
る箇所８３．９６に強い上向きの衝撃力が働らく。この
結果、第６図に示す破線６５，６４．第７図に示す破線
７３゜７４の箇所で折れる。このリードから振動子に伝
わシ衝撃力は、衝撃によるリード８４と９３のたわみが
小さい程強い。リードのたわみが大きければ、リードか
ら振動子に伝わる衝撃力は弱まり、第６図に示す破、ｉ
泉６３や６４あるいは第７図に示す破線７５や７４に沿
った折れは生じない。

第１０図は、衝撃によりリードがたわむ様子を示したリ
ードに支持された音叉型水晶振動子の側面図である。１
０１け音叉す水晶振動子、１０２は又部、１０３は基部
に設けた凹部の始壕る箇所、１０４は電気的リードを兼
ねた支持材、１０５はプラグを表わしている。第１０図
においてδ、Ｌは、衝はによるリードのたわみヲ表わし
ている。δＬは、振動子の基部端とプラグ１田のリード
の長さをＡＬ、リードの厚みをｔｒ、リードのヤング率
をＥとするとほぼ次式で表わすことができる。

δＩ、＝４　Ｌ’　／　（Ｋ　ｔ　Ｌ”　）この様に、
振動子の衝撃力を弱めるためには、リードの祠質が一定
の時には、リードの長−さｔＬを長くするか、リードの
厚むｔを薄くすれば良い。

リードは、現在一般にヤング率Ｅが１４０００に９／、
Ｊのコバールが使われている。厚みが２００μｍ以上の
コバールで支持した基部に四部のある音叉型水晶振動子
を、コンクリート板上１１ｎから路下させた時、第６図
に示す破線６３，６４，７３゜７４等で折れることが分
った。これは、リードの厚みを２００μｍ以上にすると
衝撃によるリードのたわみが小さくなり、拘馨時にリー
ドから振動子に加わる衝撃力が非常に大きくなるためで
ある。

振動子の厚みが１００μｍ以下になれば、衝撃によるリ
ードから振動子如伝わる衝撃力は同じでも耐衝撃性は弱
くなる。

一方、リードから振動子に伝わる衝撃力を弱めるために
は、衝撃時のリードのたわみδＬを大きくする必要があ
る。そのためには、リードの厚みを小さくし、し７かも
振動子の基部端とプラグの距離ｔ１を長くすれば良い。

故に、リードの厚みは２００μｍ以下にし、ＬＬも長く
すれば良い。ところで、衝撃により　ＩＪ−ドがたわむ
結果、振動子も静止状態の位置から変位する。衝撃によ
る音叉腕先端の静止位置からの変位δＲを第１０図に示
す。このδＲがあまり大きいと、音叉腕先端は容器の内
壁に衝突し、叉部に大きな＃ｉ撃力が加わる。

この結果、音叉型水晶振動子は第６図の６５及び第７図
の７５で示す破線において折れる。

このため、前述した如く振動子が基部で折れないために
衝撃時にリードはある程度たわまなければならないが、
・）反対に、振動子が叉部で折れない庭めにはリードは
たわみすぎても困るのである。

衝撃によりリードがたわみすぎないためには、振動子の
基部端とプラグの間の距離をある値より小さくする必要
がある。基部に凹部のある長さ４咽、厚み５０μｍの音
叉型水晶振動子を１００μｍ厚のコバール製リードで支
持し、かつ直径２咽の容器に封入して、コンクＩＪ　−
ト板上１ｍから落下実験を行なった。その結果、振子の
基部端とプラグの間の距離ＬＬが５００μｍ以上になる
と、衝撃により音叉腕先端は容器にぶつかり、叉部が折
れることが分った。

第１１図は、本発明の音叉型水晶振動子の実施例を示し
ている。１１１は基部に凹部を設けた音叉型水晶振動子
、１１２は電気的リードを兼ねた支持材、１１３はプラ
グをそれぞれ示している。

音叉型水晶振動子の基部の同一平面上を電気的リードを
兼ねた支持材１１２が２本で支那している。

ｉＫ叉散型水晶振動子全長りは４■以下であり、厚みは
１００μｍ以下である。リード１１２のヤング率は１０
０００〜１５０００にり／−の値を持ち、リードの厚み
は２００μｍ以下である。振動子の基部端とプラグの間
の距離ＬＬは５００μｍ以下である。ヤング率が１００
００〜１５０００に４７　ｍＡの範囲にある値を持つ時
、上述の議論はほぼ適用できる。又、本発明の具体的な
実施例を以下に示す。

第１１図において、音叉型水晶振動子の全長りは３．３
　ｍｍ、音叉腕の長さＺａは１調、基部の長さｚｂは２
．３　ｍ＋ｎ、四部の長さｔＣｉｌ″ｉ０．６間、振動
子の最大幅Ｗは１調、基部の凹部の切りこみ量Ｗは０、
２　ａｍ、振動子の厚臥は約５５７１　ｍである。ＩＪ
−ドのヤング率は約１４０００に４’／−のコバール、
リードの厚みは１２５％ｍ、振動子の基部端とプラグの
間の距離は３００μｍである。この本発明の基部に凹部
のある音叉型水晶振動子の支持構造は、耐衝撃に非常に
優れ、コンクリート板上１ｍから落下させても折れるこ
とはなく、シかも落下前後の振動子の周波数シフトも非
常に少ない。

ところで、第１１図に示す基部に設けた四部の切り込み
量Ｗがあまり大きいと、リードの条件だけでは衝撃に強
い構造にならない。２ケ所の切り込み量の和２Ｗが振動
子の最大幅Ｗの半分以下であることが望ましい。即ち、
本発明の音叉型水晶振動子は次式の関係を満たす必要が
ある。

２　ｗ　／　Ｗ　≦０５ この条件は、第５図に示す形状、即ち、基部の基部端で
なく、基部の中間の位置に凹部を設けた音叉型水晶振動
子にもあてはまる。

〈発明の効果〉 以上詳細に説明した様に、本発明の音叉型水晶振動子の
支持構造は耐衝撃性に優れ、しかも振動子の特性を安定
に保つ優れた特徴を持っている。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図は音叉型水晶振動子の平面図、
第４図は、第１図、第２図、第３図に示す形状の音叉型
水晶振動子が捩れ振動をする時の基部端における振動子
の厚み方向変位を示すグラフ、第５図は、音叉型水晶振
動子が容器に封入された状態を示す側面図、第６図と第
７図は、基部に凹部を設けた音叉型水晶振動子が衝撃に
よシ折れる箇Ｉツ「を示した音叉型水晶撮動子の平面図
、第８図は基部端に凹部のある音叉型水晶振動子が容ト
器に刺入されている状態を示す側面図、第９図は基部外
１に凹部のある音叉型水晶振動子が容器に封入されてい
る状態を示す平面図、第１０１ｄは、衝撃によりリード
がたわむ様子を示した音叉型水晶振動子の側面図、第１
１図は、本発明の実施例を示す音叉型水晶振動子の支持
構造の平面図である。 １１１、・・・音叉型水晶振動子 １１２・・・リード １１３・・・プラグ Ｌ　・・・振動子の全長 Ｗ　・・・凹部の切り込み量 ｔＬ　・・・振動子の基部端とプラグの間のリードの距
離 以　上 第２図 第３　＋＝＜＋ Ｅ　Ｆ −〉チ重り子の基割り嘉の位置 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第Ｈ口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）全長が４論以下で、振動子の厚みが１００μｍ以
   下の基部に凹部が設けられた音叉型水晶振動子を、その
   基部の同一平面上において、ヤング率が１００００〜１
   ５０００に９／叫２の範囲にある値を持つ電気的リード
   を兼ねた２本の支持材で振動子を支持するとともに、基
   部端とプラグの間隔は４００μｍ以下で、かつリードの
   厚みは２００μｍ以下であることを特徴とする音叉型水
   晶振動子の支持構造。
2. （２）基部に設けた凹部の切り込み量Ｗが、振動子の最
   大幅Ｗに対し、２ｗ／Ｗ≦０．５の条件を満たすことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の音叉型水晶振動
   子の支持構造。