DE2948331C2

DE2948331C2 -

Info

Publication number: DE2948331C2
Application number: DE2948331A
Authority: DE
Inventors: Eishi Momosaki; Shigeru Kogure; Minoru Suwa Nagano Jp Inoue
Original assignee: Suwa Seikosha KK
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1978-12-01
Filing date: 1979-11-30
Publication date: 1987-06-19
Also published as: CH646304GA3; US4320320A; DE2948331A1; FR2443164A1; FR2443164B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Stimmgabelschwinger sowie ein Verfahren zur Einstellung der Frequenz eines solchen.

Bekannte Stimmgabelkristallschwinger leiden an dem Nachteil einer starken Temperaturabhängigkeit ihrer Resonanzfrequenz, die über der Temperatur einer parabelförmigen Kurve folgt, deren Scheitelpunkt etwa bei Raumtemperatur liegt. Es sind andererseits AT-Schnitt-Kristallschwinger bekannt, deren Resonanzfrequenz bei Raumtemperatur eine äußerst geringe Temperaturabhängigkeit zeigen. Ihre Resonanzfrequenz liegt aber im Bereich von einigen MHz. Je höher die Resonanzfrequenz des Schwingers, desto größer ist der Energieverbrauch, u. a. auch durch die erforderliche Frequenzteilung, wenn eine bestimmte Arbeitsfrequenz durch Teilung der Resonanzfrequenz des Schwingers erzeugt werden muß. Dieser Energieverbrauch macht einen Schwinger mit hoher Resonanzfrequenz für den Einsatz bei elektronischen Armbanduhren mit verhältnismäßig geringer Energiespeicherkapazität ungeeignet.

Man hat versucht, den Temperaturgang von Stimmgabelkristallschwingern mit Hilfe eines Kondensators mit einem dielektrischen oder thermoempfindlichen Element, etwa einem Thermistor, zu kompensieren. Da es jedoch äußerst schwierig ist, die Eigenschaften des Schwingers mit denen des thermoempfindlichen Elements in Einklang zu bringen, ergaben sich für solche Schwinger bei Massenfertigung noch größere Ungenauigkeiten als ohne Kompensation.

Aus der DE-OS 27 46 154 ist ein Stimmgabelquarzschwinger bekannt, der aus einer Kristallplatte gebildet ist, die aus dem Kristall durch Drehen um die elektrische Achse um einen Winkel in einem Bereich von -10° bis -45° gewonnen wurde.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stimmgabelschwinger zu schaffen, dessen Resonanzfrequenz eine geringe Temperaturabhängigkeit besitzt, ohne daß beim Einsatz dieses Schwingers ein hoher Leistungsverbrauch in Kauf genommen werden müßte.

Diese Aufgabe wird durch Stimmgabelschwinger nach einem der Patentansprüche 1 bis 4 gelöst.

Mit diesem Stimmgabelschwinger lassen sich sehr genaue Referenzzeitquellen mit der bevorzugten Verwendung bei Armbanduhren herstellen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sowie ein Verfahren zur Einstellung der Frequenz eines solchen Stimmgabelschwingers sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsarten der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht zur Erläuterung des Schnittwinkels einer Quarzplatte zur Herstellung eines herkömmlichen Stimmgabelkristallschwingers,

Fig. 2 eine Darstellung einer Schwingungsweise eines herkömmlichen Stimmgabelkristallschwingers,

Fig. 3 ein praktisches Beispiel des Temperaturgangs der Frequenz eines herkömmlichen Stimmgabelkristallschwingers,

Fig. 4 eine Darstellung zur Erläuterung des Schnittwinkels einer Quarzplatte zur Herstellung des erfindungsgemäßen Stimmgabelkristallschwingers,

Fig. 5 eine Ansicht zur Erläuterung einer Schwingungsweise des erfindungsgemäßen Schwingers,

Fig. 6 ein praktisches Beispiel des Temperaturgangs der Frequenz des erfindungsgemäßen Schwingers,

Fig. 7 die Darstellung der Verteilung einer Schwingungsauslenkung (Schwingungsweise) des erfindungsgemäßen Schwingers,

Fig. 8 eine Darstellung zur Erläuterung einer Schwingungskopplung zweier im erfindungsgemäßen Schwinger auftretender Schwingungsweisen,

Fig. 9 eine Darstellung zur Erläuterung des Temperaturgangs der Frequenz des erfindungsgemäßen Schwingers,

Fig. 10 eine Darstellung zur Erläuterung der Grundlagen des Temperaturgangs der Frequenz des herkömmlichen Stimmgabelquarzkristallschwingers,

Fig. 11 eine Darstellung zur Erläuterung der Grundlagen des Temperaturgangs der Frequenz des erfindungsgemäßen Schwingers,

Fig. 12a eine perspektivische Ansicht zur Angabe der äußeren Größe des Schwingers,

Fig. 12b Darstellungen zur Erläuterung der Frequenzabweichung infolge unterschiedlicher Lagen,

Fig. 13 eine Ansicht zur Erläuterung eines Schritts des Herstellungsverfahrens des Schwingers,

Fig. 14 eine Ansicht zur Erläuterung des Schnittwinkels R,

Fig. 15 und 16 Ansichten zur Erläuterung der Bereiche der Schnittwinkel für den erfindungsgemäßen Schwinger,

Fig. 17 eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Stimmgabelkristallschwingers,

Fig. 18 eine Ausführungsform der Erfindung, bei der an den Schwinger Gewichte angefügt sind, um eine Streuung des Temperaturgangs der Resonanzfrequenz zu korrigieren,

Fig. 19 eine Darstellung der Biege- und Torsionsauslenkungen längs der Länge eines erfindungsgemäßen Schwingers,

Fig. 20 eine Änderung der Resonanzfrequenz im Betriebsweisendiagramm, wenn ein Gewicht an einem Knotenpunkt einer Biegeschwingung in Kombischwinger angefügt wird, bei dem eine Grundschwingung einer Brechungsschwingung mit einer Torsions-Grundschwingung gekoppelt ist,

Fig. 21 die Änderung einer Resonanzfrequenz in einem Betriebsweisendiagramm, wenn ein Gewicht am vorderen Ende der Stimmgabelarme in einem Kombischwinger angefügt wird, bei dem eine Kopplung zwischen einer Grundschwingung einer Brechungsschwingung und einer Torsions-Grundschwingung besteht,

Fig. 22 eine Verteilung in Längsrichtung der Stimmgabel einer Auslenkung Ux in X-Achs-Richtung einer ersten Biege-Oberschwingung und des Torsionswinkels τ einer Torsions-Grundschwingung,

Fig. 23 eine perspektivische Ansicht einer weiteren praktischen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 24 ein Betriebsweisendiagramm zur Darstellung eines Kopplungsbereichs, wenn der Schnittwinkel und äußere Abmessungen im Verhältnis zur Dicke mit den optimalen Werten übereinstimmen,

Fig. 25 eine perspektivische Ansicht einer anderen praktischen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 26 die Abhängigkeit des ersten Temperaturkoeffizienten und der Differenz zwischen der Resonanzfrequenz einer ersten Biege-Oberschwingung und einer Torsions Grundschwingung von der Dicke des Schwingers,

Fig. 27 die Abhängigkeit des zweiten Temperaturkoeffizienten von einem Schnittwinkel des Schwingers,

Fig. 28 eine Kurve, die sich ergibt, wenn der Temperaturgang der Frequenz im Bereich von 0°C bis 40°C auf ein Minimum eingestellt wird,

Fig. 29 die Abhängigkeit der Resonanzfrequenzen vom Gewicht einer zusätzlichen Masse,

Fig. 30 die Änderung einer Resonanzfrequenz, wenn eine Masse an einem Knotenpunkt der Schwingung angesetzt wird, und

Fig. 31 ein Verfahren zur Einstellung einer Frequenz des erfindungsgemäßen Kombischwingers.

Fig. 1 zeigt einen Schnittwinkel c, unter dem eine Quarzplatte zur Herstellung eines Stimmgabelkristallschwingers aus einem Kristall herausgeschnitten wird. Der Winkel ψ liegt im Bereich von +2° bis +5°. Die Buchstaben X, Y und Z bezeichnen die elektrische, die mechanische bzw. die optische Achse des Quarzkristalles. Mit 11 ist die aus dem Quarzkristall herausgeschnittene Quarzplatte bezeichnet. Fig. 2 zeigt einen Stimmgabelquarzkristallschwinger, der aus der Quarzplatte 11 hergestellt wurde. Mit 12 ist die Richtung von Auslenkungen der Scnwingung bezeichnet, während 13 eine Verteilung der Auslenkung der Schwingung in Richtung der Stimmgabelarme ist (die Verteilung einer Auslenkung der Schwingung in Richtung der Stimmgabelarme wird nachfolgend als Schwingungsweise bezeichnet). Der Temperaturgang der Resonanzfrequenz eines herkömmlichen Stimmgabelquarzkristallschwingers mit dieser Schwingungsweise ist in Fig. 3 gezeigt. Die Ordinate Δ f/f in Fig. 3 ist wie folgt definiert: darin ist f(T) die Resonanzfrequenz bei irgendeiner Temperatur T in °C, während f (20) die Resonanzfrequenz bei 20°C ist.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ändert sich die Resonanzfrequenz des herkömmlichen Stimmgabelquarzkristallschwingers längs einer parabelförmigen Kurve über der Temperatur, ist also nicht temperaturstabil. Da außerdem die Güte Q des in Resonanz befindlichen Schwingers nur 100 000 beträgt, ist die säkulare Änderung der Resonanzfrequenz hoch. Außerdem besteht der Nachteil, daß sich die Frequenz abhängig von der Lage des Schwingers in bezug zur Richtung der Schwerkraft ändern kann (dies wird als lagebedingte Frequenzabweichung bezeichnet).

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung soll nun im einzelnen beschrieben werden.

Fig. 6 zeigt ein konkretes Beispiel des Temperaturgangs der Frequenz eines erfindungsgemäßen Stimmgabelkristallschwingers (nachfolgend vereinfachend als "Schwinger" abgekürzt). Die Definition der Ordinate wurde bereits in Verbindung mit Fig. 3 gegeben. Wie auf einen Blick erkennbar, ist dieser Temperaturgang gegenüber dem herkömmlichen von Fig. 3 erheblich besser. Die praktischen Gegebenheiten zur Schaffung des in Fig. 6 gezeigten Temperaturgangs sollen nun erläutert werden.

Fig. 4 zeigt eine aus einem Quarzkristall geschnittene Quarzplatte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schwingers aus einem Kristall. Der Schnittwinkel ψ liegt im Bereich von 0° bis -15°, wenn man eine Drehung im Gegenuhrzeigersinn um die elektrische Achse X positiv zählt. Die Achsbezeichnungen X, Y und Z entsprechen denen von Fig. 1.

Fig. 5 zeigt eine allgemeine Ansicht des mit 22 bezeichneten und aus der Quarzplatte 21 von Fig. 4 hergestellten Schwingers. Die Bezugszahlen 23 und 24 bezeichnen die Stimmgabelarme. 25 und 26 bezeichnen die Schwingungsauslenkungen der Grundwelle einer Biegeschwingung in der Quarzplatte. 27 und 28 zeigen eine Schwingungsweise der Grundwelle einer Torsionsschwingung um die jeweilige Mittelachse der Stimmgabelarme.

Fig. 7 zeigt die Verteilung Ux längs der Achse Y′ der Schwingungsauslenkung in der Richtung X der Grundwelle der Biegeschwingung. Fig. 7 zeigt ferner die Verteilung τ (eine Verteilung eines Drillwinkels um eine Mittelachse) längs der Achse Y′ der Grundwelle der Torsionsschwingung. In Fig. 7 bezeichnet der Buchstabe A das vordere Ende des Schwingers und der Buchstabe B den Ansatzpunkt der Stimmgabelarme. Es zeigt sich, daß zwischen A und B ein Minimum der Torsionsschwingung besteht. Die Auslenkungswerte Ux und τ sind entgegengesetzt zueinander (die Phase ist entgegengesetzt) an den Stimmgabelarmen 23 und 24. Die Resonanzfrequenz der Biegeschwingungsweise wird mit f _B, die Resonanzfrequenz der Torsionsschwingungsweise mit f _T bezeichnet. Der in Fig. 5 gezeigte Schwinger 22 ist hinsichtlich der äußeren Form und der Dicke t so ausgelegt, daß die beiden Frequenzen f _B und f _T in einem engen Verhältnis stehen.

Fig. 8 zeigt die Art der Änderung der Resonanzfrequenzen f _B und f _T, wenn die Dicke t geändert wird. Auf der Ordinate in Fig. 8 ist die Frequenz, auf der Abszisse die Dicke t aufgetragen.

Fig. 9 zeigt den Temperaturgang der Frequenz f _B mit der Dicke t als Parameter bei einem geeigneten Schnittwinkel im Bereich zwischen 0° und -15°. Die mit 91 bezeichnete Kurve ist der Temperaturgang der Frequenz f _B für t = t₁ (siehe Fig. 8), 92 ein typisches Beispiel des Temperaturgangs bei einer Dicke t im Bereich von t₂ bis t₃. Die Kurve 94 entspricht dem Temperaturgang der Frequenz f _B für t = t₄. Wenn also der Schnittwinkel 4 einen geeigneten Wert im Bereich von 0° bis -15° erhält und die Dicke zwischen t₁ und t₄ ausgewählt wird, läßt sich ein erwünschter Temperaturgang für die Schwingung der Frequenz f _B erreichen.

Die Frequenzen der Biegeschwingungen und der Torsionsschwingungen, die im erfindungsgemäßen Schwinger auftreten, werden allgemein mit f _B bzw. f _T bezeichnet. Für die Grundwellen wird daneben mitunter auch f _{B 0} bzw. f _{T 0} verwendet. Die Differenz f _B-f _T und insbesondere f _{B 0}-f _{T 0} wird als Δ f _BT bezeichnet. Die Aussage, daß die Platte eine solche Dicke t besitzt, daß die Differenz zwischen der Frequenz der Biege-Grundschwingung und der der Torsions-Grundschwingung weniger als 15% der Frequenz der Biege-Grundschwingung beträgt, besagt

Das heißt, daß, wenn in Fig. 8 ist, die Dicke t größer als t₂ sein soll.

Es soll nun erklärt werden, warum man durch geeignete Auswahl der Dicke t zwischen t₂ und t₃ den in Fig. 9 bei 92 gezeigten besseren Temperaturgang der Frequenz erreicht. Der Temperaturgang der Frequenz, wie er in den Fig. 3, 6 und 9 gezeigt ist, kann als Taylor′sche Reihe bei T = 20°C oder dergleichen unter Bezug auf die obige Definition ausgedrückt werden:

Nach dem dritten Glied ist eine recht gute Annäherung erreicht. Die Koeffizienten a, b und c sind der erste, der zweite bzw. der dritte Temperaturkoeffizient. Wie in Fig. 8 gezeigt, werden die Werte von f _B und f _T, wenn sie nah beieinander liegen, in Wechselwirkung miteinander treten, was nachfolgend als Kopplung zwischen den Frequenzen bezeichnet werden soll. Wenn sich die Werte f _B und f _T ausreichend voneinander unterscheiden, tritt diese Kopplung nicht auf, so daß sich unabhängige Temperaturgänge der Frequenzen f _B und f _T ergeben. Fig. 10 zeigt den Verlauf der Temperaturkoeffizienten a und b der obigen Gleichung (4) für den Temperaturgang von f _B abhängig vom Schnittwinkel ψ bei voneinander unabhängigen Frequenzen f _B und f _T. Wie aus dieser Figur erkennbar, führt eine Einstellung des Schnittwinkels ψ von etwa +2° bis +5° zu einem Wert a = 0. Da der Wert von c klein genug ist, um vernachlässigt werden zu können, hängt der Temperaturgang der Frequenzen allein von b ab. Das heißt, der Temperaturgang ist die in Fig. 3 gezeigte parabelförmige Kurve des bekannten Stimmgabelkristallschwingers. Es ist beabsichtigt, eine Kopplung zwischen den Werten von f _B und f _T herzustellen und den Temperaturgang der Frequenz durch eine enge Beziehung zwischen der Resonanzfrequenz f _B der Grundwelle (oder einer Oberwelle, wie später erläutert) der Biegeschwingung und der Resonanzfrequenz f _T der Grundwelle der Torsionsschwingung (Fig. 8) zu verbessern. Zunächst werden die Werte von f _B und f _T dadurch in enge Beziehung zueinander versetzt, daß die Dicke einen der Werte t₁, t₂, t₃, t₄ etc. erhält. Wenn die Werte der Frequenzen f _B und f _T gemäß Fig. 8 in enger Beziehung zueinander stehen, wird die Frequenz f _B von der Frequenz f _T beeinflußt. Dabei ergibt sich bei t = t₂ ein größerer Einfluß als bei t = t₁. Die Wirkung wird von t₂ zu t₃ und zu t₄ weiter gesteigert (dies wird später dadurch ausgedrückt, daß eine größere Kopplung vorgesehen wird). Es zeigt sich, daß der Temperaturgang der Frequenz f _B von der Frequenz f _T beeinflußt wird und außerdem von der Dicke t abhängt.

Fig. 5 zeigt eine Darstellung der Dicke t und des zweiten Temperaturkoeffizienten b über verschiedenen Schnittwinkeln ψ. Dabei ist die Dicke t abhängig vom Schnittwinkel ψ jeweils so gewählt, daß der erste Temperaturkoeffizient a ständig null ist.

Unter der Voraussetzung von ψ = ψ _A und t = t _A sowie ψ = ψ _B und t = t _B wird b gleich null.

In Fig. 11 ist mit der Darstellung der Temperaturkoeffizienten a, b und c von Gleichung (4) gezeigt, wie sich der Temperaturgang der Frequenz f _{B 0} des Schwingers (die Resonanzfrequenz der Grundwelle der Biegeschwingung) abhängig von einer Änderung der Dicke t ändert, wenn ψ = ψ _A. Man erkennt, daß unter der Voraussetzung von t = t _A sowohl a gleich null als auch b gleich null sind. Es ist vorausgesetzt, daß der Wert t _A in Fig. 11 und der Wert t _A in Fig. 15 identisch sind. Unter dieser Voraussetzung hängt der Temperaturgang der Frequenz nur vom dritten Temperaturkoeffizienten c ab und entspricht daher einer kubischen Kurve. Dies ist der Temperaturgang der Frequenz des erfindungsgemäßen Schwingers, wie er bei 92 in Fig. 9 und 61 in Fig. 6 gezeigt ist. Die richtigen Werte des Schnittwinkels ψ und der Dicke t _A hängen von der Form des Schwingers und den Frequenzen f _B und f _T ab. Mit der Angabe, daß die Quarzplatte aus einem Quarz durch Drehen um die elektrische Achse in einem Bereich von 0 bis -15° gewonnen wird, ist gemeint, daß ein geeigneter Schnittwinkel ψ im Bereich um ψ _A abhängig von der Form des Schwingers und den anzuwendenden Frequenzen f _B oder f _T liegt. Eine bevorzugte Ausführungsform des Schwingers mit einer Grundfrequenz der Biegeschwingung von unter etwa 100 kHz mit einem Temperaturgang der Frequenz, wie er in Fig. 6 gezeigt ist, kann unter den Voraussetzungen geschaffen werden, daß Δ f _BT = f _B-f _T ≃ 1 bis 10 kHz für f _B ≃ 100 kHz ist, während die Dicke t = 80 bis 100 µm und ψ = -11° oder so sind. Andere Werte von f _B, f _T, t, ψ können durch eine theoretische Analyse in bezug auf eine Kopplung der beiden Frequenzen ebenfalls erhalten werden. Der Temperaturgang der Frequenz, wie er in Fig. 6 gezeigt ist, liegt unter 1,6 ppm in einem Bereich von 0°C bis 40°C.

Die Aussage "durch Drehung in einem Bereich von +10° bis +35" soll den Schnittwinkel ψ = ψ _B in Fig. 15 definieren. Auch bei diesem Schnittwinkel kann bei b gleich null durch Wahl von t = t _B a = 0 gemacht werden, so daß der Temperaturgang der Frequenz wiederum nur wie bei Fig. 6 von c abhängt. Fig. 1 zeigt diesen Schnittwinkel.

Fig. 6 zeigt die Dicke t und den zweiten Temperaturkoeffizienten b abhängig von dem in Fig. 14 definierten Winkel R. Die in Fig. 16 gezeigte Dicke t ist diejenige, bei der abhängig vom jeweiligen Winkel R der erste Temperaturkoeffizient a = 0 ist. Der Winkel R ergibt sich gemäß Fig. 14 durch eine Drehung der Kristallplatte im Gegenuhrzeigersinn (positive Drehrichtung), wenn man von der positiven Seite der Y-Achse aus sieht. Ähnlich wie bei der vorbeschriebenen Anordnung sind die Werte von a und b null, wenn t = t _A und R = R _A. Auch hier ergibt sich das in Fig. 6 dargestellte Ergebnis. Dieses Ergebnis wird auch erreicht, wenn t = t _B und R = R _B. Die Aussage "hergestellt aus einem Kristall durch Drehen um die mechanische Achse in einem Bereich von -25 bis -35°" bezieht sich auf einen Schnittwinkel R von ungefähr R = R _A (siehe Fig. 16). Die Aussage "hergestellt aus einem Kristall durch Drehen um die mechanische Achse in einem Bereich von +25 bis +55°" bezieht sich auf einen Schnittwinkel R von ungefähr R = R _B (siehe Fig. 16).

Die Aussage "eine solche Dicke, die einen Unterschied zwischen der Frequenz der Grundwelle der Biegeschwingung und jener der Grundwelle der Torsionsschwingung im Stimmgabelkristallschwinger von weniger als 15% der Frequenz der Grundwelle der Biegeschwingung hervorruft", bezieht sich auf eine Dicke von etwa t = t _A und t = t _B in den Fig. 15 und 16. Wenn diese Differenz kleiner als 15% ist, dann läßt sich die beschriebene Wirkung im Hinblick auf den durch die Kopplung verursachten Einfluß erzielen. Die oben beschriebenen Schnittwinkel ψ _A, ψ _B, R _A und R _B sind einige praktische Beispiele. Auch wenn die Platte ein wenig in irgendeine Richtung um etwa diese Schnittwinkel gedreht wird, dann läßt sich die beschriebene Wirkung auf der Grundlage desselben Prinzips erreichen, ohne daß dies noch weiter ausgeführt werden müßte.

Der herkömmliche Stimmgabelkristallschwinger zeigt einen Temperaturgang seiner Resonanzfrequenz von 14 ppm (Fig. 3), während der Wert des erfindungsgemäßen Schwingers kleiner als 1,6 ppm im gleichen Temperaturbereich ist. Auf die beschriebene Weise läßt sich also ein Schwinger mit einer temperaturstabilen Resonanzfrequenz herstellen. Im Vergleich mit dem Q-Wert des bekannten Stimmgabelkristallschwingers, der im Bereich von 70 000 bis 100 000 liegt, sind mit der Erfindung Q-Werte der Frequenz f _B des Schwingers von 100 000 bis 150 000 erreichbar. Dieser Q-Wert dient der Einschätzung der Stabilität des Werts und führt zu einer weiteren Verbesserung der Frequenzstabilität. Wenn daher ein erfindungsgemäßer Schwinger in einem Kristalloszilator verwendet wird, dann ergibt sich eine verbesserte Stabilität der Schwingungsfrequenz und eine verringerte Frequenzänderung infolge von Alterung. Dies gilt gleichermaßen für die Schwinger nach den Ansprüchen 1 und 2 der vorliegenden Anmeldung.

Bei einem herkömmlichen Stimmgabelquarzkristallschwinger tritt eine lagebedingte Änderung der Resonanzfrequenz abhängig von der Lage des Schwingers in bezug auf die Richtung der Schwerkraft auf. Es hat sich gezeigt, daß sich die Resonanzfrequenz abhängig davon ändert, ob entweder die Plattenseite A oder B des Stimmgabelquarzkristallschwingers (Fig. 12a) unten lag. Der Buchstabe g zeigt in der Figur die Richtung der Erdbeschleunigung an. Die Richtung von g soll als die "untere" Richtung bezeichnet werden. Der Einfluß der Schwerkraft beruht auf der Tatsache, daß die Elastizitätskonstante eines Quarzkristallschwingers eine Anisotropie aufweist und außerdem eine aus einem Quarzkristall herausgeschnittene Quarzplatte aus der X-Y-Ebene versetzt ist (siehe Fig. 1). Die Resonanzfrequenz hängt auch davon ab, ob der Schwinger aufrecht steht (Fig. 12b) oder eine horizontale Lage (Fig. 12a) hat. Zur Vermeidung dieser lagebedingten Frequenzabweichungen kann die Resonanzfrequenz erhöht werden oder eine Oberschwingung genutzt werden. Wie bereits beschrieben, hat der erfindungsgemäße Schwinger eine relativ geringe lagebedingte Frequenzabweichung wegen der hohen Frequenz f _B von etwa 100 kHz. Beim herkömmlichen Stimmgabelquarzkristallschwinger betrug die lagebedingte Frequenzabweichung etwa 0,02 ppm, ein Wert der vom erfindungsgemäßen Schwinger unterschritten wird. Dies gilt gleichermaßen für die Schwinger nach den Ansprüchen 1 und 2 der Anmeldung.

Es bedarf keiner speziellen Maßnahme im Oszillator, damit der erfindungsgemäße Schwinger mit der Grundwelle der Biegeschwingung schwingt. Da der Resonanzwiderstand der Torsionsschwingung gewöhnlich höher als der der Biegeschwingung in dem erfindungsgemäßen Schwinger, in dem beide Schwingungsweisen auftreten, ist, wird in erster Linie die Biegeschwingung angeregt, selbst wenn es sich um einen normalen Oszillator ohne spezielle Anordnung handelt.

Es ist nicht nötig auszuführen, daß besondere Maßnahmen für ein Muster der auf der Oberfläche des Schwingers anzuordnenden Elektroden und zur Erhöhung des Resonanzwiderstands vorgesehen werden können, um das Schwingen bei f _B zu erleichtern.

Infolge der Tatsache, daß der Schwinger in einem normalen Oszillator betrieben werden kann, kann eine Kristalloszillatorschaltung ohne jegliche Abwandlung in einer elektronischen Armbanduhr, bei der bereits ein niedriger Energieverbrauch realisiert wurde, verwendet werden.

Die Aussage "eine Anordnung, bei der als Referenzzeit-Signal die Resonanzfrequenz der Biegegrundschwingung verwendet wird", bezieht sich auf die Tatsache, daß die Frequenz f _B, die in oben beschriebener Weise eine bessere Stabilität besitzt, in einem Oszillator etc. als einer stabileren Zeitsignalquelle zu verwenden ist.

Fig. 12a zeigt eine perspektivische Gesamtansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schwingers. Dieser Schwinger ist so ausgebildet, daß bei einem Wert der Frequenz f _B von etwa 100 kHz die in Fig. 12 gezeigten Abmessungen z. B. folgendermaßen sind: L = 3 bis 4 mm, W = 1 bis 1,5 mm, t = 50 bis 150 µm. Dieser Schwinger wird nachfolgend beschrieben. Im Vergleich mit einem herkömmlichen Stimmgabelkristallschwinger mit L = 6 mm, W = 1,5 mm und t = 500 µm ist der erfindungsgemäße Schwinger klein. Ein AT-Schnitt-Kristallschwinger, der als sehr genauer Kristallschwinger bekannt ist, ist aus einer flachen kreisförmigen oder rechteckförmigen Platte gebildet, die in Draufsicht einen Durchmesser von 10 mm bzw. eine Breite von 3 mm und eine Länge von 10 mm aufweist. Die Dicke ist extrem hoch, nämlich 800 µm, wenn die Frequenz 2 MHz beträgt. Im Vergleich zu diesem bekannten Schwinger ist der erfindungsgemäße Schwinger extrem klein. Daher eignet sich der erfindungsgemäße Schwinger für die Verwendung in einer elektronischen Armbanduhr oder einem kleinen Bauteil, etwa einer Referenzzeit-Quelle. Dies gilt insbesondere für einen Schwinger gemäß Anspruch 8 der vorliegenden Anmeldung.

Fig. 13 zeigt ein praktisches Beispiel eines Teils eines Herstellungsverfahrens des Schwingers. Zuerst werden Filme aus Chrom und Gold durch Vakuumabscheidung oder ein Sprühverfahren auf beide Oberfläche einer dünnen Quarzplatte aufgebracht, die auf eine Dicke von 50 µm bis 150 µm spiegelblank geschliffen ist. Die Flächen werden durch eine Glasmaske, auf die die Form mehrerer Schwinger aufgedruckt ist, belichtet, nachdem ein Fotolack aufgetragen wurde. Der nicht belichtete Fotolack wird unter Verwendung eines Lösungsmittels entfernt. Der zurückbleibende Teil des Fotolacks wird dann als Maske verwendet, und die erwähnten Filme aus Chrom und Gold werden gelöst. Dann werden die Filme aus Chrom und Gold als eine Maske verwendet und ein dünner Film des Kristalls in eine Ätzflüssigkeit aus Flußsäure eingetaucht. Dadurch wird der nicht erforderliche Teil des dünnen Films des Kristalls geätzt und ein exakt der Form der Maske entsprechender Stimmgabelkristallschwinger geschaffen. Fig. 13 zeigt diesen Zustand. In dieser Figur ist 151 ein Rahmen, 152 der Stimmgabelschwinger, 153 ein den Rahmen 151 mit dem Schwinger 152 verbindendes Stück, 154 Doppelfilme aus Chrom und Gold, die an der Vorder- und Rückseite des Schwingers angebracht sind. Die Doppelfilme aus Chrom und Gold werden als Anregungselektroden des Schwingers verwendet. Es ist unnötig zu erläutern, daß das Muster des Elektrodenfilms irgendeine Form annehmen kann, wenn eine Glasmaske zur Herstellung des Elektrodenfilmmusters verwendet wird. Unter der in Fig. 13 gezeigten Voraussetzung kann eine große Anzahl von Schwingern durch Abdrehen oder Abbrechen der Verbindungsstücke 153 erhalten werden. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung bedeutet die Aussage "hergestellt durch vorgefertigte Foto-Lithographie" ein Produkt, das nach dem voranstehend beschriebenen Verfahren hergestellt wurde. Nachdem der Schwinger eine Dicke und Form und Abmessungen gemäß Darstellung in Fig. 12a aufweist, ist es möglich, einen foto-lithographischen Herstellungsprozeß anzuwenden, der eine Massenfertigung erlaubt. Der Grund dafür, daß die Foto-Lithographie zur Herstellung des Schwingers eingesetzt werden kann, liegt darin, daß die Dicke dieses Schwingers in einem Bereich von 50 bis 150 µm liegt.

Fig. 17 zeigt eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Stimmgabelkristallschwingers mit eingetragener Richtung der Schwingung der Stimmgabelarme. Dabei ist mit 1 eine Schwingungsrichtung bezeichnet, die sich zu einem bestimmten Zeitpunkt im Stimmgabelarm findet, während 2 eine Schwingungsrichtung des Stimmgabelarms eine halbe Periode später wiedergibt. Der Temperaturgang der Resonanzfrequenz dieses Schwingers folgt der parabelförmigen Kurve in Fig. 3, wobei der Scheitelpunkt bei Raumtemperatur liegt. Der zweite Temperaturkoeffizient ist b = -35 × 10^-9/(°C)². Der Schwinger besitzt eine niedrige Frequenz, die zu einem niedrigen Leistungsbedarf führt und wird daher häufig in elektronischen Armbanduhren eingesetzt. Aufgrund der Tatsache, daß sich eine Resonanzfrequenz in großem Ausmaß mit der Temperatur ändert, ist es jedoch schwierig, die Zeitgenauigkeit weiter zu verbessern.

Wird der oben beschriebene Schwinger gemäß der Erfindung mit denselben Elektroden versehen, wie sie der Schwinger von Fig. 17 besitzt, und wird er erregt, dann ergibt sich eine Biegeschwingung in ähnlicher Weise wie bei dem in Fig. 17 dargestellten Beispiel. Außerdem ergibt sich eine Torsionsschwingung um eine Längsmitte der Stimmgabelarme. Die beiden Schwingungsweisen sind gekoppelt.

Aus den bisherigen Erläuterungen geht hervor, daß der Temperaturgang der Resonanzfrequenz des Kombiquarzschwingers von dessen Schnittwinkel und den äußeren Abmessungen abhängt. Insbesondere die äußeren Abmessungen und von diesen speziell die Dicke des Schwingers haben einen großen Einfluß. Wenn daher der Schwinger in Massenproduktion hergestellt wird, ergibt sich eine Streuung des Temperaturverhaltens, bedingt durch die begrenzte Bearbeitungsgenauigkeit bei der Herstellung. Dies kann dazu führen, daß das Temperaturverhalten der Resonanzfrequenz eines solchen Kombischwingers schlechter als dasjenige eines herkömmlichen Stimmgabelquarzkristallschwingers wird. Soweit es Schwankungen des Schnittwinkels betrifft, stellt eine Streuung des Schnittwinkels kein praktisches Problem dar, falls sie auf weniger als ±3 Minuten beschränkt bleibt. Diese Genauigkeit liegt im Bereich des Möglichen. Die Streuung der äußeren Größe des Kombischwingers oder Kombiquarzschwingers muß aber auf irgendeine Weise kompensiert werden.

Im folgenden werden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung erläutert, die es gestatten, Streuungen des Temperaturverhaltens der Resonanzfrequenz bei einem Kombischwinger oder Kombiquarzschwinger, die auf Genauigkeitsgrenzen bei der Bearbeitung beruhen, zu korrigieren. Dabei wird auch eine Möglichkeit erläutert, sowohl bei der Massenproduktion auftretende Schnittwinkelstreuungen als auch Streuungen der äußeren Größe zu korrigieren.

Fig. 18 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Kombiquarzschwingers. Mit 5 ist der Hauptkörper des Schwingers bezeichnet. 6 ist eine Elektrode, 7 ein Sockel und 8 aufgedampftes Silber. Der Temperaturgang der Resonanzfrequenz dieses Kombiquarzschwingers entspricht der Kurve 92 von Fig. 9 infolge einer Auswirkung des aufgedampften Silbers 8. Beim herkömmlichen Stimmgabelquarzkristallschwinger hat man aus anderen Gründen Silber auf ein Ende der Stimmgabelarme aufgedampft, nämlich um die Resonanzfrequenz einzustellen.

Der Einfluß von Streuungen der Breite, der Länge, der Länge der Stimmgabelarme und ihrer Breite ist so gering, daß er im folgenden nicht beschrieben werden soll. Die nachstehenden Ausführungen beziehen sich vielmehr auf eine Korrektur von Streuungen der Dicke.

Unter Bezug auf Fig. 11 war ausgeführt worden, daß ein äußerst günstiger Temperaturgang der Resonanzfrequenz bei einer Dicke t _A erreichbar ist. Es wird beschrieben, was zu tun ist, wenn die Dicke der Kristallplatte der Bearbeitung dicker als t _A ist, also eine Dicke von t _A + Δ t(Δ t < 0) aufweist. Man kann Fig. 11 entnehmen, daß unter dieser Voraussetzung der erste und der zweite Temperaturkoeffizient a und b einen positiven Wert annehmen. Es wird also nötig sein, diese Koeffizienten zu null zu machen.

Fig. 19 zeigt die Auslenkung Ux einer Biegeschwingung B₀ in Richtung der X-Achse und den Torsionswinkel τ einer Torsionsschwingung T₀; dabei ist die untere Seite der Basis des Kombiquarzschwingers mit 0 und das Ende der Stimmgabelarme 1 bezeichnet. Die Abszisse in Fig. 19 stellt also die Position in Längsrichtung des Schwingers dar, wobei der Wert von 0,2 der Stelle des Endes einer Trägerstange und der Wert 0,4 der Stelle entspricht, an der die Stimmgabelarme mit der Basis verbunden sind (nachfolgend als "Ansatzpunkt" bezeichnet). Aus Fig. 19 geht hervor, daß die Auslenkung Ux von B₀ nahe dem Ansatzpunkt einen Knotenpunkt besitzt, also null ist, während der Torsionswinkel τ von T₀ keinen Knotenpunkt im Bereich von 0,2 bis 1 aufweist. Wenn daher am Ansatzpunkt ein Gewicht angefügt wird, wird der Wert der Frequenz f _{B 0} kaum verändert, der Wert der Frequenz f _{T 0} aber verringert.

Fig. 20 zeigt die Lage von f _{B 0} und f _{T 0} im Schwingungsweisendiagramm, und zwar jeweils vor und nach Anbringen eines Gewichts am Ansatzpunkt der Stimmgabelarme. Die Abszisse entspricht der Dicke t, die Ordinate der Resonanzfrequenz. Bei t = t _A + Δ t sind die Werte von f _{B 0} und f _{T 0} C bzw. D. Wenn sich jedoch f _{T 0} nach Hinzufügen eines Gewichts am Ansatzpunkt zu B verschiebt, ändert sich der Wert von f _{B 0} zum Punkt A. Es ist möglich, für einen Zustand zu sorgen, bei dem die Werte von f _{B 0} und f _{T 0} mit den Werten zusammenfallen, die sich bei einer Dicke von angenähert t _A ergeben, und daß außerdem der erste und der zweite Temperaturkoeffizient a und b von f _{B 0} null werden. Das bedeutet, daß eine Streuung oder Abweichung der Dicke dadurch kompensiert werden kann, daß eine kleine Masse am Ansatzpunkt angesetzt wird. Wenn der Temperaturgang der Resonanzfrequenz von f _{B 0} durch Hinzufügen eines Gewichts korrigiert werden soll, dann muß die Dicke etwas größer als der optimale Wert sein, wie sich aus Fig. 20 entnehmen läßt.

Es soll nun der Fall betrachtet werden, daß die Dicke nach der Bearbeitung dünner als t _A ist, nämlich t _A-Δ t′ (Δ t′ < 0). Aus Fig. 11 geht für diesen Fall hervor, daß der erste und der zweite Temperaturkoeffizient a und b von f _{B 0} negativ sind und zu null gemacht werden müssen. Unter dieser Voraussetzung wäre es am besten, wenn man den Wert von f _{T 0} erhöhen würde, ohne irgendeine Änderung am Wert von f _{B 0} vorzunehmen. Dies wäre jedoch äußerst schwierig.

Man kann aber ausnutzen, daß die Verringerung von f _{T 0} größer als die von f _{B 0} ist, wenn ein Gewicht am vorderen Ende der Stimmgabelarme angesetzt wird. Da gemäß Fig. 19 die Auslenkung Ux von B₀ am vorderen Ende der Stimmgabelarme und der Torsionswinkel τ von T₀ ungleich null sind, werden die Werte von f _{T 0} und f _{T 0} abhängig von dem am vorderen Ende der Stimmgabelarme angesetzten Gewicht verringert.

Wenn das Gewicht auf das vordere Ende des Stimmgabelarms bzw. der Stimmgabelarme aufgebracht wird, werden der erste und der zweite Temperaturkoeffizient a und b von f _{B 0} im wesentlichen null, wenn eine bestimmte Masse zugefügt wird, und es ist möglich, die Dicke zu korrigieren.

Fig. 21 zeigt Werte von f _{B 0} und f _{T 0} im Betriebsweisendiagramm, wie sie sich vor und nach Ansetzen eines Gewichts am vorderen Ende der Stimmgabelarme ergeben. Auf der Abszisse ist die Dicke t, auf der Ordinate die Resonanzfrequenz aufgetragen. Mit 9 sind die Verläufe von f _{B 0} und f _{T 0} für einen Schnittwinkel von ψ _A bezeichnet, während 10 die entsprechenden Verläufe für einen Schnittwinkel von ψ _A + Δψ kennzeichnet. Die Punkte G und H zeigen die Lage von f _{B 0} und f _{T 0} vor Hinzufügen des Gewichts, während die Punkte E und F die entsprechende Lage nach Hinzufügen des Gewichts wiedergeben. Wenn die Frequenz f _{T 0} durch Hinzufügen eines Gewichts am vorderen Ende der Stimmgabelarme von Punkt H zu Punkt F verschoben wird, dann verschiebt sich die Frequenz f _{B 0} von Punkt G zu Punkt E. Die Punkte E und F entsprechen dabei den Werten, die sich beim Schnittwinkel von c _A + Δψ und der Dicke t′ _A ergeben; der erste und der zweite Temperaturkoeffizient a und b von f _{B 0} sind null. Das heißt es wird die Tatsache ausgenutzt, daß der erste und der zweite Temperaturkoeffizient a und b nicht nur bei einem Schnittwinkel c _A und einer Dicke t _A, sondern auch bei dem Schnittwinkel ψ _A + Δψ und der Dicke t′ _A null werden. Die Darstellung zweier weit beabstandeter Kurvengruppen 9 und 10 erfolgt nur zu Zwecken der Klarheit. Es ist also möglich, die Dicke und ihre Streuung durch Einstellung einer auf das vordere Ende des Stimmgabelarms aufzubringende Masse zu justieren. Um den Temperaturgang der Resonanzfrequenz f _{B 0} durch Aufbringen eines Gewichts am vorderen Ende des Stimmgabelarms gemäß Fig. 21 zu korrigieren, ist es nötig, daß die Kristallplatte ein wenig dünner als die optimale Dicke t _A ist.

Derselbe Effekt, wie er durch Anbringen eines Gewichts am vorderen Ende des Stimmgabelarms erzielt wird, kann auch dadurch erreicht werden, daß ein Gewicht am vorderen Ende der Stimmgabelarme und einem oder mehreren schwingenden Teil außer den Knotenpunkten angesetzt wird. In diesem Fall werden der erste und der zweite Temperaturkoeffizient a und b null, wenn der Schnittwinkel ψ _A + Δψ, und die Dicke t′′_A werden.

Bei einem praktischen Beispiel der vorliegenden Erfindung (Fig. 18) sind B₀ und T₀ miteinander gekoppelt. Anstelle der Grundschwingung B₀ der Biegeschwingung kann aber auch deren erste Oberschwingung, die als B₁ bezeichnet wird und deren Resonanzfrequenz f _{B 1} ist, verwendet werden. Wenn B₁ anstelle von B₀ verwendet wird, wird die Schwingungsfrequenz etwa 200 kHz, so daß der Stromverbrauch auf das Doppelte desjenigen bei B₀ ansteigt. Aufgrund der folgenden Vorteile ist es dennoch manchmal zweckmäßig, B₁ zu verwenden. Ein Vorteil ist eine geringe säkulare Änderung von f _{B 1} infolge eines hohen Q-Wertes. Ein zweiter Vorteil ist eine geringe Änderung der Schwingungsfrequenz abhängig von der Richtung der auf den Schwinger einwirkenden Schwerkraft infolge der hohen Schwingungsfrequenz.

Auch wenn B₁ anstelle von B₀ eingesetzt wird, kann man den Temperaturgang der Resonanzfrequenz f _{B 1} bei Wahl eines geeigneten Schnittwinkels ψ₁ und einer Dicke t₁ zu einer kubischen Funktion der Temperatur gemäß Kurve 92 in Fig. 9 machen.

Auch in diesem Fall wird sich wie bei der Grundschwingung B₀ eine Streuung des Temperaturverhaltens der Resonanzfrequenz f _{B 1} infolge der Genauigkeitsgrenzen bei der Bearbeitung einstellen. Das Konzept zur Korrektur dieser Streuung stimmt mit dem der entsprechenden Korrektur bei der Grundschwingung B₀ überein.

Den größten Einfluß auf den Temperaturgang von f _{B 1} infolge einer Bearbeitungsgenauigkeit hat genauso wie beim Kombiquarzschwingers, bei dem die Grundschwingung B₀ ausgenutzt wird, die Dicke.

Fig. 22 zeigt die Auslenkung Ux der Oberschwingung B₁ in Richtung der X-Achse und den Torsionswinkel τ der Torsionsschwingung T₀, wobei in der Darstellung wieder die Unterseite der Basis des Kombiquarzschwingers mit 0 und das vordere Ende der Stimmgabelarme mit 1 bezeichnet ist. In Fig. 22 sind auf der Abszisse die Stellen in Längsrichtung des Schwingers aufgetragen, wobei 0,2 eine Stelle des vorderen Endes einer Trägerstange und 0,4 die Stelle des Ansatzpunktes der Stimmgabelarme kennzeichnen. Fig. 22 ist zu entnehmen, daß die Auslenkung Ux von B₁ sowohl am Ansatzpunkt als auch nahe einer Stelle 0,9 einen Knotenpunkt besitzt. Der Torsionswinkel τ von T₀ hat im Bereich von 0,2 bis 1 keine Knotenpunkte.

Wenn aufgrund der Bearbeitung die Dicke einen höheren Wert als den optimalen Wert t₁ besitzt, können der erste und der zweite Temperaturkoeffizient a und b der Resonanzfrequenz f _{B 1} dadurch nahezu null gemacht werden, daß ein Gewicht am Knotenpunkt der Auslenkung Ux am Ansatzpunkt oder nahe der Stelle 0,9 angesetzt wird. Es ist auch möglich, ein Gewicht an beiden Stellen der Knotenpunkte anzusetzen. Wenn die Dicke aufgrund der Bearbeitung geringer als die optimale Dicke t₁ ist, kann es günstig sein, das Gewicht entweder an einer oder an zwei Stellen, ausgenommen die Knotenpunkte der Auslenkung, anzubringen.

Die Grundüberlegung, die zur Anwendung der ersten Oberschwingung B₁ führt, ist auch anwendbar auf den Einsatz der zweiten Oberschwingung anstelle der ersten Oberschwingung. Wenn eine höhere als die zweite Oberschwingung eingesetzt wird, ergeben sich mehr als drei Knotenpunkte, so daß ein Gewicht an einem der Knotenpunkte angesetzt wird. Dies kann auch angewendet werden, wenn eine Oberschwingung höher als die erste Oberschwingung eingesetzt wird, wobei hier jedoch auch das Gewicht an zwei oder mehr Knotenpunkten angesetzt werden kann. Dies ist auch möglich, durch Anfügen des Gewichts an einigen Stellen, ausgenommen die Knotenpunkte.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird aufgedampftes Silber als Gewicht verwendet, es kann sich jedoch auch um andere Metalle und eine andere Aufbringungsart als das Vakuumverdampfen, etwa eine Sprühbeschichtung, handeln. Auch alle anderen nicht metallischen Materialien, die als Gewichte verwendet werden können, können eingesetzt werden. Auch ist es möglich, das bereits am Schwinger angebrachte Gewicht etwa mittels eines Lasers etc. zu entfernen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als piezoelektrischer Kristall ein Quarzkristallschwinger eingesetzt. Die Erfindung kann jedoch auch unter Verwendung eines Stimmgabelschwingers aus einem anderen piezoelektrischen Kristall oder eines Stimmgabelschwingers mit Metallen wirksam eingesetzt werden. Die technische Idee der vorliegenden Erfindung kann außerdem auch auf einen Kombiquarzstimmgabelschwinger mit anderen Schwingungsweisen angewendet werden. Diese grundsätzlichen erweiterten Anwendungsgebiete der Erfindung gelten entsprechend auch für die nachfolgend noch zu beschreibenden Ausführungsformen.

Fig. 23 zeigt eine perspektivische Ansicht eines praktischen Beispiels einer weiteren Ausführungsform des Kombischwingers. Hierin ist 5 wieder der Hauptkörper des Schwingers mit gekoppelter Biegeschwingung B₀ und Torsionsschwingung T₀. 6 ist eine Elektrodenanordnung 7, ein Sockel, 8 Silber, das am vorderen Ende der Stimmgabelarme aufgedampft ist und 9 Silber, das nahe dem Ansatzpunkt der Stimmgabelarme aufgedampft ist.

Unter den Voraussetzungen, daß bei dem Kombiquarzschwinger gemäß Fig. 23 der Schnittwinkel c _A ist, die Länge des Schwingers L₀ ist, seine Breite W₀ ist, die Länge der Stimmgabelarme l₀ ist, deren Breite w₀ ist und die Dicke der Stimmgabelarme t _A ist, wird eine temperaturabhängige Änderung von f _{B 0} minimal, während der Wert von f _{B 0} einen gewünschten Betrag besitzt. Wie erwähnt unterliegen also sowohl das Temperaturverhalten von f _{B 0} als auch der Wert von f _{B 0} einer Streuung infolge einer Streuung des Schnittwinkels und der äußeren Abmessungen. Zur Korrektur dieser Streuung wird das mit 8 und 9 bezeichnete Silber aufgedampft.

Der Grund dafür, daß die Gewichte bei dieser Ausführungsform an zwei Stellen anzubringen sind, soll nachfolgend beschrieben werden. Da der Schwinger in bezug auf eine Linie symmetrisch ist, die in gleichem Abstand von den beiden Stimmgabelarmen liegt, gesehen aus einer Richtung, in der man die beiden Stimmgabelarme sehen kann, ist die Anzahl von Stellen, an denen ein Gewicht anzusetzen ist, auf einer der beiden Seiten dieser Symmetrielinie zu zählen.

Fig. 24 zeigt das Betriebsweisendiagramm für den Kopplungsbereich, für den Fall, daß die oben definierten Größen die genannten Werte, nämlich ψ _A, L₀, W₀, l₀ bzw. w₀ haben. Auf der Abszisse dieses Diagramms ist wieder die Dicke t des Schwingers aufgetragen, auf der Ordinate die Resonanzfrequenz. Die beiden Kurven entsprechen denen der Fig. 8. Wenn keine Abweichung von den Werten ψ₀, L₀, W₀, l₀, w₀ vorliegt, dann ändern sich die Resonanzfrequenzen f _{B 0} und f _{T 0} mit der Dicke t entsprechend den in Fig. 24 angegebenen Kurven.

Wenn die Dicke t = t _A, dann entspricht der Wert von f _{B 0} dem Punkt A und der Wert von f _{T 0} dem Punkt B. Bei dieser Dicke ist eine temperaturbedingte Änderung von f _{B 0} minimal, und der Wert f _{B 0} entspricht einem spezifizierten oder gewünschten Wert. In diesem Fall ist es also nicht nötig, den Temperaturgang von f _{B 0} und den Wert von f _{B 0} einzustellen, es liegt vielmehr ein fertiges Produkt vor, das keine Einstellung erfordert.

Wenn jedoch bei einer Massenproduktion die Werte des Schnittwinkels, der Länge, der Breite, der Dicke, der Länge der Stimmgabelarme und deren Breite ein wenig von oben angegebenen Werten abweichen und sich außerdem der Wert von f _{B 0} am Punkt C und der Wert von f _{T 0} am Punkt D befinden, dann ergibt sich ein schlechterer Temperaturgang für f _{B 0} und eben auch eine Abweichung des Werts von f _{B 0} von einem gewünschten Wert. Zur Vermeidung dieser Abweichung ist es möglich, im wesentlichen eine Übereinstimmung mit dem Temperaturgang der Resonanzfrequenz des Schwingers, der die oben genannten günstigsten Werte besitzt, auf irgendeine geeignete Weise dadurch herzustellen, daß der Wert der Resonanzfrequenz f _{B 0} vom Punkt C zum Punkt A und der der Resonanzfrequenz f _{T 0} vom Punkt D zum Punkt B verschoben werden. Es ist ebenfalls möglich, f _{B 0} einer Schwingung B₀ auf einen speziellen Wert zu bringen.

Es soll nun erläutert werden, wie die Resonanzfrequenzen an den Punkten C und D mit den Resonanzfrequenzen an den günstigsten Punkten A und B in Übereinstimmung gebracht werden.

Es wird in diesem Zusammenhang noch einmal Bezug genommen auf Fig. 19, die die Auslenkung Ux der Biegeschwingung B₀ und den Torsionswinkel τ der Torsionsschwingung T₀ über der Länge der Stimmgabelarme zeigt. Der Wert 0,2 entspricht einem tragenden Teil des Sockels 7 (Fig. 23). Aus der Figur ist erkennbar, daß die linke Ordinate und die ausgezogene Kurve Ux und die rechte Ordinate sowie die gestrichelte Kurve τ wiedergeben. Die Darstellng zeigt, daß eine Komponente der Schwingung von Ux und τ auch unterhalb des Ansatzpunktes der Stimmgabelarme bleibt. Die Biegeschwingung B₀ besitzt einen Knotenpunkt nahe dem Ansatzpunkt (Pos. 0,4). Grundsätzlich gilt bei einem Schwinger, daß, wenn ein Gewicht an einer Stelle angebracht wird, an der die Auslenkung der Schwingung nicht null ist, die Resonanzfrequenz abnimmt. Wenn daher ein Gewicht in einem Bereich nahe dem vorderen Ende der Stimmgabelarme (Pos. 1) angebracht wird, nimmt die Resonanzfrequenz beider Schwingungsweisen ab, da sowohl Ux der Biegeschwingung B₀ als auch τ der Torsionsschwingung T₀ ungleich null sind. Wenn ein Gewicht an dem Knotenpunkt nahe dem Ansatzpunkt angebracht wird, ändert sich die Resonanzfrequenz der Biegeschwingung B₀ kaum, da Ux der Biegeschwingung null ist, während sich die Resonanzfrequenz der Torsionsschwingung T₀ infolge der Tatsache verringert, daß an dieser Stelle der Torsionswinkel τ der Torsionsschwingung ungleich null ist.

Ist die Auslenkung aufgrund der Biegeschwingung B₀ am Knotenpunkt nahe dem Ansatzpunkt in Richtung der Y-Achse nicht null, dann wird sich die Resonanzfrequenz durch ein Gewicht an dieser Stelle sicherlich ein wenig ändern. Im Vergleich zur Größe der Änderung der Resonanzfrequenz der Torsionsschwingung T₀ ist jedoch diese Änderung äußerst gering.

Um also die Werte der Resonanzfrequenzen an den Punkten C und D mit den Werten der Resonanzfrequenzen an den Punkten A und B in Übereinstimmung zu bringen, wird zunächst ein Gewicht am vorderen Ende der Stimmgabelarme angebracht und damit die Resonanzfrequenz am Punkt C mit der Resonanzfrequenz am Punkt A in Übereinstimmung gebracht . Dann wird ein Gewicht am Knotenpunkt nahe dem Ansatzpunkt angebracht und die Resonanzfrequenz am Punkt D mit der am Punkt B in Übereinstimmung gebracht.

Wie beschrieben, kann also durch Anbringen eines Gewichts an dem Teil nahe dem vorderen Ende der Stimmgabelarme und am Knotenpunkt nahe dem Ansatzpunkt der Stimmgabelarme die Schwingungsfrequenz auf einen speziellen Wert eingestellt und der Temperaturgang der Resonanzfrequenz so korrigiert werden, daß er einer kubischen Kurve gemäß dem Verlauf 92 in Fig. 9 folgt.

Eine ähnliche Wirkung kann bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des Kombiquarzschwingers erreicht werden, bei dem ein Gewicht neu an einem anderen Teil als denen, die ein vorhergehend beschriebenes Gewicht haben, angesetzt wird. Da beispielsweise Ux von B₀ und τ von T₀ an einer anderen Stelle als dem Knotenpunkt nahe dem Ansatzpunkt ungleich nul sind, ist das Verhältnis der Resonanzfrequenzverringerung von B₀ und T₀ anders als das, welches sich ergibt, wenn ein Gewicht nahe dem vorderen Ende der Stimmgabelarme angesetzt wird. Jedoch wird die Resonanzfrequenz von B₀ und T₀ in beiden Fällen verringert, ob das Gewicht nun am einen oder am anderen dieser Teile angesetzt wird. So ist es beispielsweise auch möglich, ein Gewicht nahe einem mittleren Teil der Stimmgabelarme und einem Knotenpunkt nahe der Gabel anzubringen. Ferner ist es auch möglich, ein Gewicht nahe dem mittleren Teil der Stimmgabelarme und schließlich ein Gewicht an einem Knotenpunkt nahe dem Ansatzpunkt anzubringen, wenn sich herausstellt, daß das große Volumen von Gewichten, die nahe dem vorderen Ende der Stimmgabelarme angesetzt werden, keine gewünschten Wirkungen liefert.

Darüberhinaus ist es auch möglich, die gewünschte Wirkung ohne Ansetzen eines Gewichts am Knotenpunkt nahe dem Ansatzpunkt zu erreichen. Das heißt, die gewünschte Wirkung kann dadurch erzielt werden, daß die Gewichte an einigen anderen Stellen als den Knotenpunkten nahe der Gabel angesetzt werden, so daß die Frequenz im Punkt C mit der im Punkt A und die im Punkt D mit der im Punkt B übereinstimmen. "Einige andere Stellen" soll den Fall einer einzigen anderen Stelle einschließen.

Das Vorangegangene wird möglich infolge der Tatsache, daß der Betrag der Frequenzabnahme der Resonanzfrequenzen f _{B 0} und f _{T 0} von der Stelle abhängt, an der ein Gewicht angesetzt wird, wenn es sich nicht um den Knotenpunkt nahe dem Ansatzpunkt handelt.

Um eine Streuung der Frequenz bei Massenherstellung des Kombiquarzschwingers mit einer Kopplung zwischen B₀ und T₀ zu korrigieren, sollte man dafür sorgen, daß die Streuwerte von f _{B 0} und f _{T 0} höher als die eigentlich gewünschten Werte liegen. Daher ist es notwendig, bei einer Massenproduktion die Dicke etwas größer als die optimale Dicke oder die Länge etwas kürzer als die optimale Länge der Stimmgabelarme zu machen.

Fig. 25 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren praktischen Beispiels der Erfindung. Hierin ist 310 der Hauptkörper des Kombiquarzschwingers, bei dem eine Kopplung zwischen der ersten Oberschwingung der Biegeschwingung B₁ mit der Resonanzfrequenz f _{B 1} und der Torsionsgrundschwingung T₀ besteht. 311 ist eine Elektrode, 312 der Sockel und 313 sowie 314 ist Silber, das an oder nahe dem vorderen Ende der Stimmgabelarme aufgedampft ist. Der Grund dafür, daß die Gewichte an zwei Stellen des Schwingers angebracht werden, ist derselbe wie beim vorigen Ausführungsbeispiel eines Kombiquarzschwingers mit einer Kopplung zwischen der Grundschwingung der Biegeschwingung B₀ und der Grundschwingung der Torsionsschwingung T₀.

Es wird noch einmal auf Fig. 22 Bezug genommen. Sie zeigt die Auslenkung Ux in Richtung der X-Achse der Oberschwingung B₁ und den Torsionswinkel τ der Grundschwingung T₀ über der Längsrichtung der Stimmgabel. Es sei in Erinnerung gerufen, daß der Wert 0,4 der Stelle den Ansatzpunkt der Stimmgabelarme entspricht. Die Stimmgabelarme liegen also im Bereich zwischen 0,4 und 1. 0,2 bezeichnet die Stelle des vorderen Endes des tragenden Sockels. Auch unterhalb des Ansatzpunktes bleiben Komponenten der Schwingungen von Ux und τ, und nahe dem Ansatzpunkt (Stelle 0,4) sowie nahe der Position 0,9 findet sich ein Knotenpunkt im Verlauf von Ux. In Fig. 25 ist das mit 313 bezeichnete Silber ein Gewicht, das nahe der Stelle 1 aufgedampft wurde, während das andere Silber bei 314 ein Gewicht ist, welches nahe der Stelle 0,9 aufgedampft wurde. Im Vergleich zu der Ausführungsform nach Fig. 23 entspricht das Silber 313 dem Silber 8 und das Silber 314 dem Silber 9. Das heißt durch das neue Hinzufügen des Silbers 313 wird der Streuwert von f _{B 1} mit dem geeignetsten Wert von f _{B 1} in Übereinstimmung gebracht, während dann durch Anbringen des Silbers 314 der Streuwert von f _{T 0} in Übereinstimmung mit dem geeignetsten Wert von f _{T 0} gebracht werden kann. Gemäß Fig. 25 wird also der Kombiquarzschwinger hinsichtlich des Temperaturgangs von f _{B 1} und des Werts von f _{B 1} korrigiert.

Es ist ferner möglich, die Korrektur dadurch vorzunehmen, daß Gewichte in der Umgebung des vorderen Endes der Stimmgabelarme (Pos. 1) und am Knotenpunkt nahe dem Ansatzpunkt (Pos. 0,4) angesetzt werden.

Es ist außerdem möglich, die Korrektur dadurch vorzunehmen, daß Gewichte an einigen Stellen nahe dem Knotenpunkt (Pos. 0,9) auf dem Stimmgabelarm und an anderen Stellen als den Knotenpunkten nahe dem Ansatzpunkt angesetzt werden. Es ist ebenso möglich, die Korrektur dadurch vorzunehmen, daß Gewichte nahe den Knotenpunkten nahe dem Ansatzpunkt und einigen anderen Teilen als den Knotenpunkten auf den Stimmgabelarmen angesetzt werden. Es ist weiter möglich, die Korrektur vorzunehmen, indem Gewichte an zwei Knotenpunkten und einigen anderen Stellen als den Knotenpunkten angesetzt werden.

Weiterhin ist es möglich, die Korrektur vorzunehmen, indem Gewichte an einigen anderen Stellen als den beiden Knotenpunkten angesetzt werden.

Ähnlich wie bei der Anwendung des Kombiquarzschwingers mit einer Kopplung der Grundschwingungen B₀ und T₀ ist es notwendig, bei der Massenproduktion die Dicke etwas größer als die optimale Dicke oder die Länge der Stimmgabelarme etwas länger als die optimale Länge zu machen.

Ein ähnlicher Schritt kann angewendet werden, wenn anstelle von B₁ eine Oberschwingung mit höherem Grad als zwei eingesetzt wird. Außerdem kann ein ähnlicher Schritt angewendet werden, wenn eine andere Schwingungsweise, die von der Biegeschwingung und der Torsionsschwingung abweicht, eingesetzt wird.

Fig. 26 zeigt die Differenz f _{B 1}-f _{T 0} zwischen der Resonanzfrequenz f _{B 1} der ersten Oberschwingung einer Biegeschwingung und der Resonanzfrequenz f _{T 0} der Grundschwingung einer Torsionsschwingung, sowie den ersten Temperaturkoeffizienten a der ersten Oberschwingung der Biegeschwingung. Auf der Abszisse ist die Dicke t aufgetragen, die in Richtung des Pfeiles zunimmt. Die linke Ordinate entspricht dem ersten Temperaturkoeffizienten a, die rechte Ordinate der Differenz der Resonanzfrequenzen. Ausgehend vom Wert Null nehmen in Pfeilrichtung die positiven Werte zu. Aus der Figur geht hervor, daß es einen Wert der Dicke der Stimmgabelarme gibt, bei denen der erste Temperaturkoeffizient a der ersten Oberschwingung der Biegeschwingung null ist.

Fig. 27 zeigt den Verlauf des zweiten Temperaturkoeffizienten b der ersten Oberschwingung der Biegeschwingung, abhängig von Schnittwinkel ψ. Auf der Abszisse ist der Schnittwinkel ψ aufgetragen. An der Stelle des Nullpunkts ist ψ = 0. Die Ordinate entspricht dem zweiten Temperaturkoeffizienten b, der an der Stelle des Nullpunkts null ist. Vorausgesetzt ist, daß an allen Punkten dieser Kurve die Voraussetzung a = 0 erfüllt ist.

Die Fig. 26 und 27 zeigen, daß es eine Dicke t und einen Schnittwinkel ψ gibt, bei denen der erste und der zweite Temperaturkoeffizient a und b der ersten Oberschwingung einer Biegeschwingung null werden. In diesem Fall ergibt sich also ein Temperaturgang der Resonanzfrequenz gemäß der Kurve 92 in Fig. 9 entsprechend einer kubischen Kurve, da der erste und der zweite Temperaturkoeffizient null sind. Die Änderung der Abweichung der Resonanzfrequenz liegt im Bereich von 0°C bis 40°C bei etwa 1/10 des Wertes bei einem herkömmlichen Stimmgabelkristallschwinger. Um die Änderung der Abweichung der Resonanzfrequenz im Bereich von 0°C bis 40°C weiter zu verringern, kann man vorgesehen, daß b gleich null ist, während a ungefähr gleich -300c ist, wenn die Extrempunkte 408 und 409 des in Fig. 28 dargestellten Temperaturgangs bei 0°C bzw. 40°C erhalten werden. Um den Temperaturgang bei niedriger Frequenz zu verbessern, kann b nahezu gleich 15 c und a nahezu gleich -300c gewählt werden.

Man kann also die Werte von a und b abhängig vom Wert von c in bezug auf eine spezielle Anforderung auf irgendwelche Werte einstellen.

Wie beschrieben, handelt es sich bei dem Kombikristallschwinger um einen Stimmgabelschwinger mit einem besseren Temperaturgang der Resonanzfrequenz, der jedoch eine starke Abhängigkeit von der Dicke aufweist und eine gewisse Kontrolle über die Dicke von weniger als 0,1 Mikron erfordert, so daß es unmöglich ist, während eines Poliervorgangs die Dicke zu überwachen. Es ist möglich, die Dicke eines Kristallschwingers zu messen und durch einen Ätzvorgang zu steuern, jedoch führt dies zu einem geringen Prozentsatz übereinstimmender Artikel. Besonders bei der Herstellung der Schwinger mittels eines lithographischen Verfahrens ist es erforderlich, eine große Anzahl von Herstellungsprozessen vorzusehen, weil keine standardmäßige Bearbeitung durchgeführt werden kann.

Im folgenden soll ein Verfahren beschrieben werden, das dazu dient, die Streuung, die sich im Temperaturverhalten der Resonanzfrequenz des Kombischwingers zeigt, zu verringern und dies außerdem zusammen mit einer Einstellung der Frequenz auf kostensparende Weise durchzuführen.

Es wird Bezug genommen auf Fig. 25, die, wie erwähnt, eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. Es braucht nicht mehr näher ausgeführt zu werden, daß der in Fig. 25 gezeigte Schwinger einen Temperaturgang seiner Resonanzfrequenz entsprechend einer kubischen Kurve, wie sie bei 92 in Fig. 9 gezeigt ist, aufweist.

Fig. 24 zeigt ein Betriebsweisendiagramm für den Kopplungsbereich abhängig von der Dicke t des Schwingers, wenn der Schnittwinkel ψ = ψ _A, die Breite der Stimmgabelarme w₀ und die Länge der Stimmgabelarme l₀ ist. Es sei hier angenommen, daß die beiden Kurven die Resonanzfrequenz einer ersten Biege- Oberschwingung bzw. einer Torsions-Grundschwingung wiedergeben. Wenn der Schnittwinkel und Breite und Länge der Stimmgabelarme den Werten ψ₀, w₀ und l₀ genau entsprechen, dann werden die Resonanzfrequenz der ersten Biege-Oberschwingung und die Resonanzfrequenz der Torsions-Grundschwingung bei Änderung der Dicke t mit den dargestellten Kurven übereinstimmen. Es wird angenommen, daß bei einer Dicke t = t _A die Resonanzfrequenz der ersten Biege-Oberschwingung dem Punkt A und die Resonanzfrequenz der Torsions-Grundschwingung dem Punkt B entsprechen, und daß bei dieser Dicke der Temperaturgang der Resonanzfrequenz dem Verlauf 92 von Fig. 9 entspricht und die Resonanzfrequenz der ersten Biege-Oberschwingung einen speziellen Wert besitzt. Wenn also die Werte ψ₀, t₀, w₀ und l₀ eingehalten sind, ist keine Einstellung des Temperaturgangs der Resonanzfrequenz und der Resonanzfrequenz selbst erforderlich, das Produkt ist vielmehr fertig. Im Gegensatz dazu wird jedoch angenommen, daß infolge einer Fertigungsstreuung bei Massenproduktion oder einer begrenzten Bearbeitungsgenauigkeit der Schnittwinkel, die Dicke, die Breite und die Länge etwas von den vorstehenden Werten abweichen. Es wird ferner angenommen, daß die Resonanzfrequenz der ersten Biege-Oberschwingung hierbei an dem Punkt C und die Resonanzfrequenz der Torsions- Grundschwingung am Punkt D liegen. Es braucht nicht noch einmal hervorgehoben zu werden, daß infolge der von den optimalen Werten abweichenden Werte des Schnittwinkels und der äußeren Abmessungen der Temperaturgang der Resonanzfrequenz sich erheblich vom Verlauf 92 in Fig. 9 unterscheiden wird. Außerdem ist die Schwingungsfrequenz gegenüber dem gewünschten Wert verschoben. Um diese Verschiebungen auszuschalten, kann man auf geeignete Weise die Resonanzfrequenz am Punkt C mit der Resonanzfrequenz am Punkt A und die Resonanzfrequenz am Punkt D mit der am Punkt B in Übereinstimmung bringen. Das heißt eine Übereinstimmung sowohl der Resonanzfrequenz der ersten Biege-Oberschwingung als auch der Resonanzfrequenz der Torsions-Grundschwingung, die infolge der Massenproduktion verschoben sind, mit den optimalen Werten ermöglicht im wesentlichen eine Übereinstimmung mit dem Resonanzfrequenz-Temperaturgang eines Schwingers, der die optimalen Werte von Schnittwinkel, Dicke, Breite und Länge aufweist. Auch kann die Schwingungsfrequenz auf einen speziellen Wert eingestellt werden.

Im folgenden soll beschrieben werden, auf welche Weise die sich an den Punkten C und D befindlichen Resonanzfrequenzen in Übereinstimmung mit den optimalen Resonanzfrequenzen an den Punkten A und B gebracht werden.

In Fig. 29 ist der Änderungsbetrag der Resonanzfrequenz f _{B 1} der ersten Biege-Oberschwingung und der Resonanzfrequenz f _{T 0} der Torsions-Grundschwingung über dem Gewicht G der Masse 313 (Fig. 25) aufgetragen, die am vorderen Ende des Schwingers 310 angebracht ist.

Fig. 36 zeigt den Änderungsbetrag der Resonanzfrequenz f _{B 1} und f _{T 0}, wenn eine Masse 314 am Knotenpunkt der ersten Biege- Oberschwingung des Schwingers 310 angebracht wird.

Wenn eine Masse am vorderen Ende der Stimmgabelarme angebracht wird, nehmen beide Resonanzfrequenzen f _{B 1} und f _{T 0} ab, während, wenn eine Masse an einer Stelle angebracht wird, die einem Knotenpunkt der ersten Biege-Oberschwingung entspricht, die Resonanzfrequenz f _{T 0} abnimmt, die Resonanzfrequenz f _{B 1} sich jedoch kaum verändert, da sich die Masse nicht als Gewicht auswirkt, weil die Auslenkung der Schwingung der ersten Biege- Oberschwingung im wesentlichen null ist.

Fig. 31 zeigt die Änderung von f _{B 1} und f _{T 0}, wenn die Frequenz eingestellt wird, wobei auf der Abszisse die Anzahl von Einstellvorgängen aufgetragen ist. K₁ zeigt die Werte vor Einstellung der Frequenz. K₂ entspricht der ersten Einstellung der Frequenz unter der Voraussetzung, daß die Masse 313 am vorderen Ende der Stimmgabel angesetzt wird. K₃ ist die zweite Frequenzeinstellung, bei der die Masse 314 an einer Stelle angebracht wird, die einem Knotenpunkt der ersten Biege-Oberschwingung des Schwingers 310 entspricht. Die Ordinate entspricht der Resonanzfrequenz f. f _{B 10} bzw. f _{T 00} kennzeichnet einen gewünschten Einstellwert der Resonanzfrequenzen entsprechend den Punkten A bzw. B in Fig. 24. Die zusätzlichen Indizes 1, 2 und 3 zeigen die Zustände vor der Frequenzeinstellung, nach der ersten Einstellung und nach der zweiten Einstellung der Resonanzfrequenz. Mit Δ ist eine Streuung der Resonanzfrequenz nach der Einstellung bezeichnet.

Das Verfahren zur Einstellung der Frequenz wird so durchgeführt, daß eine Masse 313 am vorderen Ende des Stimmgabelschwingers angebracht wird, während die Frequenz der ersten Biege-Oberschwingung gemessen wird, so daß f _{B 1} mit f _{B 10} in Übereinstimmung gebracht werden kann. In diesem Fall wird der Wert der Resonanzfrequenz f _{T 0} zu f _{T 02} ± (Δ f _{T 02}/2). Die Herstellung kann unter den nachstehenden Bedingungen erfolgen:

Da die Gleichung von in gegenseitiger Beziehung stehen, wird man (f _{T 02}-f _{T 00})/f _{T 00} ≦ 2000 ppm machen.

Dann wird die Masse 314 am Knotenpunkt der ersten Biege-Oberschwingung angebracht, während die Resonanzfrequenz der Torsions- Grundschwingung gemessen wird und dann auf den Wert f _{T 00} eingestellt wird. Da erhalten wird, wird Δ f _{B 13} ≦ 10 ppm gemacht und die Frequenzeinstellung beendet. Es ist ersichtlich, daß zur weiteren Verbesserung der Genauigkeit der Werte von f _{B 1} ein wenig größer als der Wert f _{B 10} eingestellt wird und dieser Einstellvorgang wiederholt wird.

Als eine Ausführungsform wurde die zuletzt erläuterte Weiterbildung der Erfindung in Verbindung mit der ersten Biege-Oberschwingung bei einer Betriebsweise erläutert, bei der ein Schwingungsknotenpunkt des Stimmgabelschwingers vorhanden ist. Es ist jedoch ersichtlich, daß jegliche Schwingungen mit einem mehreren Knotenpunkten eingesetzt werden könnten, etwa Biegeschwingungen höheren Oberschwingungsgrads und eine Torsions-Oberschwingung etc.

Wenn eine Schwingung mit einem oder mehr Schwingungsknotenpunkten als Hauptschwingung eingesetzt wird, dann entspricht die Schwingung, die in Fig. 31 f _{B 1} zugeordnet ist, der Hauptschwingung, so daß es möglich ist, jede der Resonanzfrequenzen, wie oben beschrieben, dadurch einzustellen, daß die Frequenz der Zusatzschwingungen, d. h. f _{T 0}, auf den gewünschten Wert eingestellt wird, nachdem die Frequenz der Hauptschwingung auf den gewünschten Wert gebracht wurde.

Bei einem Kombi-Stimmgabelschwinger mit einem oder mehr Schwingungsknotenpunkten der Zusatzschwingung, wird f _{B 1} von Fig. 31 zur Frequenz der Zusatzschwingung. Das heißt, es ist möglich, jede der Resonanzfrequenzen dadurch einzustellen, daß die Frequenz der Hauptschwingung eingestellt wird, nachdem die Frequenz der Zusatzschwingung auf einen speziellen Wert eingestellt wurde.

Wie beschrieben, macht es die Erfindung möglich, einen Kombischwinger mit sehr genauem Temperaturgang der Resonanzfrequenz bei niedrigem Energieverbrauch auf kostengünstige Weise auf einen gewünschten Temperaturgang der Frequenz einzustellen.

Soweit bei verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung zum Anbringen einer zusätzlichen Masse bzw. zusätzlicher Gewichte Silber vakuumaufgedampft wird, stellt dies nur eine Möglichkeit dar. Das Silber kann auch auf andere Weise aufgesprüht werden oder dergleichen. Es können auch andere Metalle oder andere nicht metallische Materialien als zusätzliche Gewichte verwendet werden. Es ist ferner möglich, zur Frequenzeinstellung ein Verfahren gemäß dem japanischen Gebrauchsmuster 6154/1977 einzusetzen, nachdem mit Hilfe eines Lasers oder dergleichen überflüssiges Material oder Gewicht entfernt wird, das zuvor aufgebracht wurde oder überflüssiges Metall entfernt wird, das im Vakuum aufgedampft wurde. Wie bereits für die ersteren Ausführungsformen der Erfindung angemerkt, kann auch bei den zuletzt beschriebenen Ausführungsformen anstelle von Quarz ein anderer piezoelektrischer Kristall oder Schwinger mit Metall verwendet werden.

Claims

1. Stimmgabelschwinger, der aus einer aus dem Kristall durch Drehen um die elektrische Achse (X) um einen Winkel im Bereich von 0° bis -15° gewonnenen Kristallplatte gebildet ist und dessen Dicke so bemessen ist, daß die Differenz zwischen der Frequenz (f _B) einer Biegeschwingung und der Frequenz (f _{T 0}) der Torsionsgrundschwingung, die im Schwinger auftreten, weniger als 15% der Frequenz der Biegeschwingung beträgt.

2. Stimmgabelschwinger, der aus einer aus dem Kristall durch Drehen um die elektrische Achse (X) um einen Winkel im Bereich von +10° bis +35° gewonnenen Kristallplatte gebildet ist und dessen Dicke so bemessen ist, daß die Differenz zwischen der Frequenz (f _B) einer Biegeschwingung und der Frequenz (f _{T 0}) der Torsionsgrundschwingung, die im Schwinger auftreten, weniger als 15% der Frequenz der Biegeschwingung beträgt.

3. Stimmgabelschwinger, der aus einer aus dem Kristall durch Drehen um die mechanische Achse (Y) um einen Winkel im Bereich von -25° bis -55° gewonnenen Kristallplatte gebildet ist und dessen Dicke so bemessen ist, daß die Differenz zwischen der Frequenz (f _B) einer Biegeschwingung und der Frequenz (f _{T 0}) der Torsionsgrundschwingung, die im Schwinger auftreten, weniger als 15% der Frequenz der Biegeschwingung beträgt.

4. Stimmgabelschwinger, der aus einer aus dem Kristall durch Drehen um die mechanische Achse (Y) um einen Winkel im Bereich von +25° bis +55° gewonnenen Kristallplatte gebildet ist und dessen Dicke so bemessen ist, daß die Differenz zwischen der Frequenz (f _B) einer Biegeschwingung und der Frequenz (f _{T 0}) der Torsionsgrundschwingung, die im Schwinger auftreten, weniger als 15% der Frequenz der Biegeschwingung beträgt.

5. Stimmgabelschwinger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallplatte eine Quarzplatte ist.

6. Stimmgabelschwinger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeschwingung die Biegegrundschwingung ist.

7. Stimmgabelschwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeschwingung eine Biegeoberschwingung ist.

8. Stimmgabelschwinger nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Biegeschwingung der Bildung eines Referenzzeitsignals dient.

9. Stimmgabelschwinger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er durch vorgefertigte Fotolithographie hergestellt ist.

10. Stimmgabelschwinger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichent, daß an wenigstens einer Stelle des Schwingers ein Gewicht angebracht ist, um die Schwingungsfrequenz und/oder den Temperaturgang der Schwingungsfrequenz zu korrigieren.

11. Stimmgabelschwinger nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Temperaturgangs der Schwingungsfrequenz ein Gewicht an einem Knotenpunkt der Biegeschwingung angebracht ist.

12. Stimmgabelschwinger nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Temperaturgangs der Schwingungsfrequenz ein Gewicht an einem anderen Teil des Schwingers als einem Knotenpunkt der Biegeschwingung angebracht ist.

13. Stimmgabelschwinger nach den Ansprüchen 6 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß Gewichte an der Stelle eines Knotenpunkts nahe dem Ansatzpunkt der Stimmgabelarme und einigen anderen Stellen als dem Knotenpunkt angebracht sind, um die Schwingungsfrequenz und den Temperaturgang der Schwingungsfrequenz zu korrigieren.

14. Stimmgabelschwinger nach den Ansprüchen 6 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektur der Schwingungsfrequenz und des Temperaturgangs der Schwingungsfrequenz Gewichte an einigen anderen Stellen als einem Knotenpunkt nahe dem Ansatzpunkt der Stimmgabelarme angebracht sind.

15. Stimmgabelschwinger nach den Ansprüchen 7 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektur der Schwingungsfrequenz und des Temperaturgangs der Schwingungsfrequenz Gewichte an der Stelle eines Knotenpunkts auf einem Stimmgabelarm und einigen anderen Stellen als zwei Knotenpunkten angebracht sind.

16. Stimmgabelschwinger nach den Ansprüchen 7 oder 10, dadurch gekennzeichent, daß zur Korrektur der Schwingungsfrequenz und des Temperaturgangs der Schwingungsfrequenz Gewichte an der Stelle eines Knotenpunkts nahe dem Ansatzpunkt der Stimmgabelarme und an einigen anderen Stellen als zwei Knotenpunkten angebracht sind.

17. Stimmgabelschwinger nach den Ansprüchen 7 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektur der Schwingungsfrequenz und des Temperaturgangs der Schwingungsfrequenz Gewichte an zwei Knotenpunkten und an einigen anderen Stellen als diesen Knotenpunkten angebracht sind.

18. Stimmgabelschwinger nach den Ansprüchen 7 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektur der Schwingungsfrequenz und des Temperaturgangs der Schwingungsfrequenz Gewichte an einigen anderen Stellen als zwei Knotenpunkten angebracht sind.

19. Verfahren zur Einstellung einer Frequenz bei einem Stimmgabelschwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Frequenz der Torsionsschwingung auf einen bestimmten Wert eine zusätzliche Masse an einem Knotenpunkt der Biegeschwingung vergrößert oder verringert wird, nachdem die Frequenz der Biegeschwingung durch Erhöhen oder Verringern einer zusätzlichen Masse am vorderen Ende der Stimmgabel auf einen bestimmten Wert eingestellt wurde.

20. Verfahren zur Einstellung einer Frequenz bei einem Stimmgabelschwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Biegeschwingung dadurch auf einen bestimmten Wert eingestellt wird, daß eine zusätzliche Masse an einem Knotenpunkt der Torsionsschwingung vergrößert oder verkleinert wird, nachdem die Frequenz der Torsionsschwingung durch Vergrößern oder Verkleinern einer zusätzlichen Masse am vorderen Ende der Stimmgabel auf einen bestimmten Wert eingestellt wurde.