[发明专利]采用宽度扩展振动方式的振动器、谐振器和谐振元件

说明书

本发明涉及具有长方形截面的振动器和谐振器，特别涉及采用宽度扩展振方式的振动器、谐振器以及谐振元件。

通常，采用扩展振动方式和等值切变振动方式的压电谐振器适用于数十KHz至2MHZ的频率范围。

然而无论采用上述哪种振动方式，只在压电谐振器主平面中心点处为振动的节点，所以难于牢固地夹持住这种压电振动器。用弹簧的端部在节点处将上述压电谐振器固定住，该节点处于其主平面的中心。不过，通常的采用扩展振动方式或者等值切变振动方式的压电谐振器使用板型振动器，所以在用这种弹簧端部固定压电谐振器时应力可能集中在压电谐振器与弹簧端部之间的触点处而使压电谐振器断裂。

此外，由于振动节点位于主平面中心，除了上述采用弹簧端部的固定结构之外，难于选择固定结构，也难以缩小所用的压电谐振器的元件。

本发明的目的在于提供一种适用于数百KHz至2MHz或更宽频率范围的振动器、谐振器和谐振元件。它们的支承结构得到简化，几乎不发生应力集中，并能大大减小其总体尺寸。

为解决上述问题，本发明提供一种具有长方形截面的振动器，它有一对较短的侧边和一对较长的侧边。该振动器的各长边与各短边的长度之比b/a在下式所述值，即

b/a＝n(-1.47σ+1.88)    ……(1)的±10％范围内，其中a表示各短边长度，b表示各长边长度，σ表示构成该振动器材料的泊松比，n为整数。

根据本发明的具体情况，提供一种采用宽度扩展振动的方式并包括一支承元件的谐振器，所述支承元件与上述具有长方形截面的振动器的实质上作为节点的至少一个短边的中心部分相耦合。

本发明的振动器和谐振器采用上文所述的宽度扩展振动方式。正如由下面所述的具体实施方式所清楚地理解那样，宽度扩展振动方式是具有长方形截面振动器的振动方式之一，属于具有方形截面振动器的扩展振动方式与具有长方形截面振动器的宽度振动方式之间的振动状态。

考虑到振动器的节点不止存在于具有长方形截面振动器的主平面，还存在于采用上述宽度扩展振动方式的振动器短边中心部分，本发明的特有情况是使支承部件与至少一个短边的中央部分相耦合。

在本发明采用宽度扩展振动方式的谐振器中，可通过简单地将支承部件支承于振动器的至少一个短边的中央部分，或者将前者与后者构成一体来支撑振动器，借此可简化支承结构。因此，与采用等值振动、商业上用于1至2赫兹频率范围的普通压电谐振器相比，本发明的谐振器可减小其总体尺寸。

于是，就能给出一种采用通常不存在的宽度扩展振动方式的谐振器，从而通过设计振动器的材料，得到一种用于通常不能得到的频率范围的谐振器。使用诸如压电陶瓷制作这种振动器就能得到一种能阱(energy-trap)压电谐振器，它对800千赫兹至2MHZ以及更宽的频率范围有效。

本发明的另一种特殊情况是给出一种采用上述宽度扩展振动方式的谐振元件，它包括一种有一对较短侧边和一对较长侧边的长方形截面、采用宽度扩展振动方式的振动器，所说的每对长边与每对短边的长度之比b/a在下式所示值，即

b/a＝n(-1.47σ+1.88)    ……(1)的±10％范围内，其中a表示各长边的长度，b表示各短边的长度，σ表示构成该振动器材料的泊松比，n为整数。还包括通过谐振器的上部和下部，以便固定它们的箱体衬底，还包括在这些衬底中或者在衬底与谐振器之间提供的构成腔室的结构，用以确保使谐振器的振动部分振动的空间。

换句话说，由于简化了支承结构，通过把箱体衬底固定于上述采用宽度扩展振动方式的谐振器上部和下部，并在箱体衬底中或者箱体衬底其谐振器之间提供形成腔室的结构，就能够很容易形成整体的片型谐振元件。

从下述结合附图对本发明的详细描述，将使本发明的上述以及其它目的、特点、情况和优点变得更加明显。

图1是表示本发明第一种具体实施方式所用振动器的透视图；

图2是表示扩展振动方式的平面示意图；

图3是表示宽度扩展振动方式的平面示意图；

图4是表示宽度振动方式的平面示意图；

图5A和5B分别表示用有限元法分析宽度扩展振动方式中位错分布及图5A中坐标系的图样；

图6表示在图5A中所示的位错分布中沿X方向的位置与位错量之间的关系；

图7表示引起宽度扩展振动方式的泊松比与尺寸比b/a之间的关系；

图8表示图5所示位错分布中的相对位错量与比值b/a间的关系